Исследование процесса обезвреживания нефтезагрязненных грунтов методом реагентного капсулирования Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Я. С. Мухтаров, Р. Ш. Суфиянов ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ГРУНТОВ МЕТОДОМ РЕАГЕНТНОГО КАПСУЛИРОВАНИЯ

Ключевые слова: нефтезагрязненный грунт, обезвреживание нефтезагрязненных грунтов методом реагентного капсулирования.

Экологическая безопасность конечного продукта обезвреживания нефтесодержащих грунтов химическим методом зависит от расхода реагентов. На примере нефтесодержащего песка по одному из критериев (содержание нефтепродуктов в водной вытяжке) экспериментально определены необходимые процентные соотношения негашеной извести и активированного угля.

Keywords: oily soils, disposal of oily soils by encapsulating reagent.

When oily soils have been rendered safe using the chemical method, Environmental safety of the end-product, depends on an amount of reagents used. For the oily sand as a model taken the necessary quicklime active carbon ratios have been determined experimentally by only one criterion: oil products content in extracting water.

В Российской Федерации на долю топливно-энергетического комплекса приходится порядка 20% загрязненных сточных вод, 45% промышленных отходов, более 50% вредных выбросов в атмосферу преимущественно образующихся при добыче, транспортировке и переработке нефти [1]. На территориях, где произошел аварийный разлив нефти, техногенному воздействию подвергаются все компоненты биосферы: атмосфера, поверхностные воды и почвы.

Важной природоохранной задачей является ликвидация негативных экологических последствий хозяйственной деятельности нефтяной отрасли, вызванных техногенным загрязнением углеводородами, прежде всего почв. Это вполне объяснимо, так как почва принимает на себя неблагоприятное воздействие нефтяных загрязнений и аккумулирует вредные химические вещества, которые вносят свою лепту в повышение уровня токсичности растительности, в том числе культур, выращиваемых для потребления, и не случайно, наиболее значительную часть экологических штрафов нефтяные компании платят именно за загрязнение земель [2].

Химические соединения, входящие в состав нефти, характеризуются мутагенными, токсичными и канцерогенными свойствами и оказывают негативное воздействие на окружающую природную среду, как в месте разлива, так и по пути дальнейшей миграции нефти. Нефтесодержащий грунт (НСГ), снятый с мест аварийного разлива нефти, может содержать до нескольких десятков процентов нефти и, следовательно, относится к опасным отходам.

В 2003 году общая площадь земель, нуждающихся в рекультивации, составляла 1,14 млн. га, при этом 54,6% были приведены в негодность в результате геологоразведочных работ, разработки и освоения месторождений. На балансе нефтяников в 2004 году находилось примерно 80 тыс. га, а на балансе газовиков порядка 78 тыс. га нарушенных земель [3].

Наибольшее негативное воздействие на окружающую природную среду происходит при авариях на трубопроводах систем сбора и межпромы-слового транспорта нефти, в результате чего пло-

щадь загрязнения составляет десятки квадратных километров. Так, например, по данным на 2002 год на Самотлорском месторождении было загрязнено нефтью, по разным оценкам, от 1500 до 4000 га земель [4].

В настоящее время отсутствует какой либо один универсальный, экологически допустимый, экономически оправданный и ресурсосберегающий способ утилизации НСГ, и в каждом конкретном случае, в зависимости от источников образования, времени складирования, целей и задач производства, выбирают метод их утилизации. Химический метод обезвреживания отходов данного вида является одним из наиболее простых (в аппаратурном оформлении) и относительно недорогим. Он заключается в поглощении содержащихся в НСГ углеводородов нефти природным адсорбентом, например, гидроксидом кальция Ca(OH)2, образующимся в результате химического взаимодействия негашеной извести (СаО) с водой.

Химический способ обезвреживания использовали и ранее для нивелирования негативного воздействия НСГ на окружающую природную среду. Конечный продукт обезвреживания (КПО), получаемый в результате обезвреживания НСГ, должен соответствовать целому ряду требований, прописанных в соответствующих технических условиях. Среди показателей, характеризующих его экологическую безопасность для окружающей среды, важны нерастворимость КПО в воде и его способность прочно удерживать адсорбированную нефть (нефтепродукты).

Несмотря на известность технологии, в научно-технической литературе недостаточно информации о технологических параметрах процесса, в том числе о расходе химических реагентов, необходимом и достаточном для обеспечения устойчивой нейтрализации вредного воздействия нефтепродуктов, входящих в состав этих опасных отходов.

Известно, что адсорбционные свойства материалов зависят от развитости поверхности, чем больше удельная поверхность, тем выше их поглощающая способность [5]. С целью оценки адсорбционных свойств Са(ОН)2 были проведены работы по исследованию методом БЭТ его удельной по-

верхности до и после гашения исходного материала (СаО). Метод основан на анализе расхождения (гистерезиса) конфигураций изотерм физической адсорбции и десорбции жидкого азота при температуре его кипения (77 К).

На рис. 1 и 2 представлены соответствующие изотермы адсорбции и десорбции для сорбентов СаО и Са(ОН)2, определенные с помощью прибора «NOVA 2200е».

Установлено, что удельная поверхность оксида кальция после гашения увеличилась с 4,7 до 28,1 м2г-1.

Одним из условий повышения эффективности обезвреживания нефтешламов химическим методом [6] является применение вместе с негашеной известью и других адсорбентов [7], например, активированного угля. Рекомендуемая массовая доля

1 а 1 а

"**

У

"" ф

ram

•“** 1Pfj

г ті—

га **“

і **“

т і

“**

— и -

L-T"'

—

1

" ■ —-—«.

Рис. 1 - Гистерезис изотерм адсорбции и десорбции для СаО

были подготовлены на основе промытого от глинистых примесей, просушенного и просеянного песка, смешанного в различных соотношениях (с массовыми долями) с нефтью (при ее содержании образцах 5, 10 и 15%, масс.), имеющей следующие характеристики:

плотность при 20 0С - 866,8 кг м-3;

влагосодержание - 0,1%, масс.

концентрация хлоридов - 20 м дм-3; содержание серы - 1,41%, масс.

Работы были проведены в соответствии с планом проведения эксперимента: в табл. 1 представлены матрица планирования эксперимента и полученные результаты, а в табл. 2 факторы и уровни их варьирования.

Таблица 1 - Матрица планирования эксперимента и полученные результаты

№ X0 X1 X2 X3 Y, мг л 1

1 + - - - 0,40

2 + + - - 0,80

3 + - + - 0,10

4 + + + - 0,25

5 + - - + 0,35

6 + + - + 0,60

7 + - + + 0,10

8 + + + + 0,25

9 + 0 - - 0,50

10 + 0 + - 0,15

11 + 0 - + 0,50

12 + 0 + + 0,20

Таблица 2 - Факторы и уровни варьирования факторов

Рис. 2 - Гистерезис изотерм адсорбции и десорбции для Са(ОН)

добавляемого в смесь активированного угля может достигать 10% [8]. Удельная поверхность крупно- и мелкодисперсного активированного угля составила 699 и 755 м2 г-1 соответственно.

С целью определения влияния расхода реагентов для получения КПО надлежащего качества, смешивали образцы НСГ с негашеной известью и мелкодисперсным активированным углем, взятых в различных соотношениях. Модельные образцы НСГ

Факторы Уровни А

+1 0 -1

Х1, % мас. 15 0 5 5

Х2, % об. 200 25 50 75

Х3, % мас. 10 6 2 4

где Д - интервалы варьирования.

В соответствии с экологическими требованиями, предъявляемыми к КПО, необходимо проводить испытания по определению содержания нефтепродуктов У в их водных вытяжках ( у < 0,3 мг л 1).

С этой целью навески КПО для каждого опыта засыпали в дистиллированную воду в соотношении 1 : 1 и после определенного периода времени в соответствии с методикой Государственного комитета РФ по охране окружающей среды ПНД Ф 16.1:2.222-98 определяли содержание нефтепродуктов на анализаторе «Флюорат». Для каждого варианта опытов были проведены три параллельных испытания. Полученные результаты представлены в виде графиков на рис. 3, 4.

Установлено, что использование активированного угля при обезвреживании нефтесодержащих грунтов оказывает определенное положительное влияние на качество получаемого КПО, заметнее всего этот эффект проявляется при более высоком уровне содержания нефти в исходном материале.

Для исследованной области процесса обезвреживания НСГ, на примере нефтесодержащего песка с 5, 10 и 15% нефти) было получено, что для

Рис. 3 - График зависимости У = ^Х.,, Х2) при Х3 = 2%

Рис. 4 - График зависимости У = ^Х^ Х2) при Х3 = 10%

достижения экологически допустимых норм по со-

держанию нефтепродуктов в водных вытяжках конечного продукта обезвреживания необходимо (для СаО объем. %):

а) при содержании нефти 15% добавлять не менее 190% СаО при наличии 10% активированного угля и не менее 200% при наличии 2% активированного угля;

б) при содержании нефти 5% добавлять не менее 90% СаО при наличии 10% активированного угля и не менее 100% при наличии 2% активированного угля.

Литература

1. Катасонов, Ю.И. Обеспечение экологической безопасности в нефтяной промышленности России / Ю.И. Катасонов, С.Н. Рыбаков, Д.А. Зимин //Нефтяное хозяйство. - 2005. - № 3. - С. 4-7.

2. Нефтяное почвоведение: Аналитический обзор //Нефть и капитал. - 2003. - №№ 7-8. - С. 54-57.

3. Отрасль и экология: Аналитический обзор

//Нефтегазовая вертикаль. - 2004. - № 3. - С. 24-32.

4. Павлов, П.В. Проектные решения по рекультивации нефтезагрязненных земель / П.В. Павлов, А.С. Соколова // Нефтяное хозяйство. - 2002. - № 7. - С. 66-67.

5. Карнаухов, А.П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов / А.П. Карнаухов. - Новосибирск: Наука, 1999. - 470 с.

6. Мухтаров, Я.С. Определение экономической целессоб-разности применения метода реагентного капсулирова-ния /Я.С. Мухтаров, Р.Ш. Суфиянов //Вестн. Казан. тех-нол ун-та. - 2012. - № 12. - С.175-176.

7. Мухтаров, Я.С. Моделирование процесса обращения с нефтезагрязненными грунтами /Я.С. Мухтаров, Р.Ш. Суфиянов, Н.И. Гданский, В.А. Лашков //Вестн. Казан. технол ун-та. - 2012. - № 11. - С.201-204.

8. Пат. 2281157, МПК7 С 02 Е 1/28. Сорбент для обезво-

живания и утилизации токсичных нефтемаслозагрязне-ний / М. И. Рудник; заявитель и патентообладатель ЗАО «Институт экологической безопасности».- №

2004136530/15; заявл. 14.12.2004; опубл. 10.08.2006, Бюл. № 22. - 5 с.

© Я. С. Мухтаров - д-р техн. наук, проф. каф. машиноведения КНИТУ, [email protected]; Р. Ш. Суфиянов - канд. техн. наук, доц. каф. переработки природных материалов МГУИЭ.