Способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а более конкретно к методам улучшения экологического состояния и возвращения в хозяйственный оборот земель, загрязненных нефтепродуктами, в частности нефтешламами, и замазученных грунтов, в том числе в результате розлива нефти и нефтепродуктов.

Известны различные способы переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов. Известен, например, состав для очистки почвы от нефтяных загрязнений и способ очистки по заявке №99127092, от 27.12.1999 г. Состав для очистки почвы от нефтяных загрязнений содержит нефтеокисляющие микроорганизмы, удобрение и адсорбент, причем в качестве нефтеокисляющих микрсюрганизамов используют активный ил канализационных очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода, отобранный из распределительной камеры вторичных отстойников через 0-8 часов после вывода из системы на регенерацию, а в качестве комплексного удобрения - навоз при следующем соотношении компонентов в смеси, масс. %: активный ил (а.с.в.) - 1-2, навоз - 25-35, адсорбент - 63-74. Способ очистки почвы от нефтяных загрязнений включает обработку загрязненной среды составом для очистки почвы, при этом в загрязненную среду дополнительно периодически вводят комплексное удобрение, в качестве которого используют навоз, и дополнительно один раз в месяц производят рыхление загрязненной среды на глубину 50-55 см, а при влажности почвы менее 50% производят ее полив, выбор оптимального соотношения компонентов смеси «загрязненная почва/адсорбент» производят по расчетной формуле зависимости степени биоразложения нефтепродуктов от содержания адсорбента в смеси.

Недостатком известного состава и способа очистки почвы от нефтяных загрязнений является необходимость расходования большого количества дефицитного навоза. Необходим также активный ил очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода, который не всегда доступен.

Так же известен способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов (патент РФ №2376083, МПК В09С 1/10, опубл. 20.12.2009 г., бюл. №35), который включает операции выбора состава нефтешлама с содержанием воды от 0,01 до 99,9%, введения в нефтешлам органических компонентов, образования пористости обрабатываемого материала, создания условий проникновения в материал кислорода, завершения многокомпонентной взаимосвязи нефтеокисляющих микроорганизмов с изменяющимся по структуре компостным составом, превращения упомянутого состава нефтешлама и замазученного грунта в высокогумусированный почвогрунт, причем в нефтешлам в качестве органических компонентов вводят растительные остатки, которыми могут быть измельченная надземная часть сорных и культурных растений, солома, соломистый навоз, торф, отработанный компост из-под шампиньонов, активные илы очистных сооружений промышленных предприятий и т.п., в которые перед внесением в нефтешлам или замазученный почвогрунт добавляют куриный помет или многокомпонентное минеральное удобрение в количестве 0,5-1,5 кг на 1 тонну растительных остатков для усиления питания и ускоренного активного размножения почвенной микрофлоры, прежде всего углеводородоразлагающих микроорганизмов, перекрывают объемную массу перерабатываемого нефтешлама или замазученного грунта добавлением указанных растительных остатков порцией в 75-125%, добавляют к полученному материалу известь или гипс до 1% от объема нефтешлама или грунта до достижения рН среды, равной 5,5-8,0, укладывают полученную массу в бурты высотой до 4 м и шириной основания до 7 м, каждые 5-10 дней в течение 1-3 месяцев проводят аэрирование компоста путем перекладки бурта для удаления углекислого газа, выделяемого при биодеструкции углеводородов.

Недостатком известного способа переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов является то, что вносимые в качестве органических компонентов растительные остатки не всегда обеспечивают необходимую влажность и аэрацию для процесса биодеструкции.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов (патент РФ №2602179, МПК В09С 1/10, опубл. 10.11.2016 г, бюл. №31), включающий операции выбора состава нефтешлама с содержанием воды от 0,01 до 99,9%, доведение содержания нефтепродуктов до 15-20%, создание подложки из лузги подсолнечника и органического удобрения, представляющего собой навоз КРС, затем в нефтешлам и/или замазученный грунт в качестве органических компонентов вводят органические удобрения и дополнительно вносят лузгу подсолнечника, преимущественно, для создания пористости и отвода излишков влаги для ускоренного роста и размножения микроорганизмов, в образованную смесь добавляют минеральное удобрение преимущественно для усиления питания почвенной микрофлоры, прежде всего углеводородоразлагающих микроорганизмов, к полученному составу добавляют Са-содержащие добавки до достижения рН среды, равной 5,5-8,0, укладывают полученную массу на подложку из лузги подсолнечника и органического удобрения в бурты высотой до 4 м и шириной основания до 7 м и перемешивают массу и лузгу, затем каждые 15-20 дней в течение 1-3 месяцев проводят аэрирование компоста путем перекладки бурта.

Недостатками приведенного способа является трудоемкость, а иногда и невозможность применения данного способа, так как в нем нет конкретных и четких рекомендаций по определению величин вносимых компонентов, а указанное значение рН от 5,5 до 8,0 нуждается в коррекции, так как эффективная работа бактерий может быть только при рН от 6,5 до 8,0, а используемая лузга подсолнечника на треть состоит из лигинна, который не способствует улучшению процесса биодиструкции углеводородов и практически не накапливает влаги ввиду низкой гигроскопичности, в отличие от измельченного состояния, кроме того в нефтешламах и замазученных грунтах накапливается значительное количество тяжелых металлов и других вредных элементов, от которых предлагаемый способ не позволяет освободиться или снизить их содержание.

Технической задачей изобретения является создание относительных условий процесса биодеструкции и расширение технологических возможностей способов очистки замазученных грунтов и переработки нефтешламов.

Поставленная задача решается за счет того, что в процессе переработки нефтешламов и очистки нефтезагрязненных грунтов в них вносится в соотношении 1:1 смесь, состоящая из компонентов в соотношении 2:1,5:1:0,15 по массе лузга подсолнечника, комплекс минеральных и органических компонентов, включающий в себя птичий помет и/или навоз КРС, глауконит, фосфогипс, затем все перемешивается и вносится биопрепарат из расчета 1/200 к массе птичьего помета и/или навоза КРС, полученную массу укладывают на подложку из глауконита высотой 1/20 от высоты бурта полученной массы, затем каждые 15-20 дней до прекращения процесса биодеструкции проводят аэрирование компоста путем перекладки или ворошения бурта.

Предлагаемый способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов реализуется следующим образом. Нефтешлам или замазученный грунт, или загрязненный нефтепродуктами грунт в результате разливов нефти при влажности от 0,01 до 99,9% и содержанием нефти не более 25% смешивают с комплексом минеральных и органических компонентов, состоящих из птичьего помета и/или навоза КРС, глауконита, фосфогипса и лузги подсолнечника в соотношении 2:1,5:1:0,15 по массе, причем лузга подсолнечника представлена двумя фракциями целой и измельченной в соотношении 4:1. Вводят микроорганизмы и перемешивают. Приготовленную смесь вносят в замазученный грунт или нефтешлам и перемешивают. Кроме того при разливе нефти и/или нефтепродуктов с глубиной проникновения в грунт не более, чем на 20-25 см, смесь из минеральных и органических компонентов вносят по площади разлива толщиной из расчета 1:1 к глубине загрязнения, а перемешивание осуществляют вспашкой или фрезерованием, а снижение содержания нефтепродуктов до 15-20% в случаях более высокого их содержания осуществляют поэтапно на каждые 10% снижения вносят 10% комплексной смеси из минеральных и органических компонентов от массы загрязнения грунта.

Выбор вида микроорганизмов определяется исходя из поставленных задач, главные из которых экологичность, эффективность и экономичность биодиструкции.

Используемые биопрепараты могут подбираться в соответствии с условиями для решения различных задач использования и обладать различными характеристиками по:

- маловосприимчивости к резким колебаниям температуры;

- активности при значительном химическом загрязнении среды;

- адаптивности к средам с повышенной соленостью;

- работать непосредственно в толще нефти и/или нефтепродуктов. Эффективность использования биопрепаратов: биопрепараты должны быть способными очищать воду, содержащую 25% нефти и почву с загрязненностью 250 кг/м³. В воде эффективность обработки должна достигать 95%, в почве 99,9%.

Выбор видов микроорганизмов, которые подходят непосредственно для решения поставленной задачи, осуществляется эмпирически, методом лабораторного подбора. В зависимости от поставленной задачи можно использовать как один, так и несколько видов микроорганизмов.

Основным требованием является совместное использование консорциума штаммов микроорганизмов - деструкторов и глауконита.

Снижение времени разложения нефтепродуктов достигается за счет создания благоприятных условий для микроорганизмов. Очищая структуру глауконита от сорбированных нефтепродуктов, микроорганизмы одновременно проводят биорегенерацию глауконита, который может опять сорбировать нефтепродукты. Этот механизм многократной биорегенерации позволяет очищать нефтезагрязнения до нуля. Отмершие после обработки загрязненной почвы микроорганизмы повышают плодородие почвы, а глауконит при этом становится естественным удобрением.

На активность деятельности и развития микробиологического синтеза в массе большое влияние оказывают влажность и пористость массы, которая зависит от гранулометрического состояния, определяющие воздухопроницаемость (водопроницаемость) и влажность.

В качестве органических компонентов используют птичий помет и/или навоз КРС, а так же лузгу подсолнечника. Органика служит для усиления питания и ускоренного активного размножения почвенной микрофлоры, прежде всего углеводородоразлагающих микроорганизмов (актиномицетов и других). Этим самим приводят массу в состояние биохимической активности и взаимодействия микроорганизмов с углеводородами. С помощью аэрирования создают пористость и условия проникновения в образованную структуру кислорода, удаление углекислого газа, завершая многокомпонентную взаимосвязь нефтеокисляющих микроорганизмов с изменяющимися свойствами и структуры компостного состава. По окончании срока нефтешлам или замазученный грунт превращаются в высокогумусированный почвогрунт.

Са-содержащие добавки в виде фосфогипса вносят для нормализации рН как раскислители. Поддержание рН на уровне 6,5-8,0 необходимо для снижения агрессивных свойств грунта по отношению к микрофлоре и созданию благоприятных условий по кислотности для ее активизации и активного размножения. Вода, образующаяся при биодеструкции, в предлагаемом способе, в отличие от прототипа, впитывается лузгой подсолнечника и используется микрофлорой дальше для поддержания жизнедеятельности. Таким образом, снижение объема воды, образующейся при биодеструкции, происходит благодаря усвоению ее самими микроорганизмами, и интенсивно увеличивать удаление влаги испарением нет необходимости.

Применение фосфогипса и глауконита совместно с пометом птиц и/или навозом КРС способствует задержке разложения последнего и обогащения почвы азотом за счет адсорбционной способности глауконита, что и предохраняет вымывание азота из почвы и способствует получению высокогумусированного грунта. Сам помет птиц и/или навоз КРС, в свою очередь, ускоряет процессы разложения углеводородов и сорбции глауконитом вредных веществ, главным образом, гербицидов, пестицидов, тяжелых металлов и радиоактивных изотопов.

Подсолнечная лузга вносится в количестве и качестве, необходимом и достаточном для обеспечения требуемой пористости для процесса биодеструкции, зависящей от физико-химического состава углеводородной части нефтешлама, а также погодно-климатических условий окружающей среды.

Лузга подсолнечника, представленная целой и измельченной фракциями в дозах 4:1, применяется для следующих целей:

1. Формирует среду для поддержания порозности и влажности в смеси.

2. Связывает жидкие углеводороды в местах аварий, сорбируя их, обеспечивая доступ микроорганизмам.

3. Снижает содержание нефтепродуктов до 15-20% в случаях более высокого их содержания в сочетании с глауконитом.

Роль лузги в процессах биодеструкции определяется ее физико-химическими и биологическими свойствами и ее можно разделить на три вида:

1. Биологическая роль, которая заключается в создании условий для роста и развития микромицетов, представленных плесенью рода P'enicillium, штаммы которой способны к биодеструкции углеводородов нефти. Указанные штаммы микроорганизмов хорошо размножаются на лузге подсолнечника, особенно измельченной в сочетании с глауконитом.

2. Мелиоративная роль, которая заключается во впитывании и распределении излишков влаги, а также жидких нефтепродуктов, тем самым создании более благоприятных условий для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов.

3. Физическая роль, которая заключается в создании благоприятных условий для проведения процесса размножения нефтеокисляющих микроорганизмов вследствие физической структуры лузги, прежде всего ее пористости, благодаря чему увеличивается доступность кислорода для микроорганизмов во всем объеме компостной массы.

Применение лузги подсолнечника увеличивает порозность → отводит излишнюю влагу и углекислый газ → создает дополнительную возможность обогащения кислородом. Таким образом, при предлагаемом способе рекультивации загрязненных грунтов лузга подсолнечника из отхода, который нужно перерабатывать или производить его захоронение, переходит в ценное сырье, которое в сочетании с глауконитом, пометом и фосфогипсом под действием микроорганизмов разлагается с обогащением почвы питательными микро- и макроэлементами.

Если за один сезон необходимая степень деструкции нефтепродуктов не будет достигнута, то с наступлением теплого времени года сразу же с повышением температуры работа по биодеструкции углеводородов будет вновь возобновлена с прежней силой, ввиду обладания протекторных свойств микроорганизмов адсорбированных на поверхности и в поровом пространстве глауконита.

При проведении фитомелиорации на заключительном этапе высев семян многолетних трав проводят с превышением общепринятых норм высева.

Пример.

Исходное содержание нефтепродуктов на участке загрязненной почвы составляло 150-280 г на 1 кг почвы, что соответствует 25% уровню загрязнения. Для очистки от нефтепродуктов в почву внесена смесь из расчета распространения углеводородов на глубину 18 см, состоящая из 10 тонн - птичьего помета, 7,5 тонн - глауконита, 5 тонн - фосфогипса и 750 кг - лузги подсолнечника, из которых 200 кг измельчена на дробилке до 1,5 мм в поперечнике, и микроорганизмы из расчета 50 кг на 10000 кг помета. Комплекс минеральных и органических компонентов, вносимых с лузгой подсолнечника перемешивают и одномоментно вносят из расчета 1:1 к объему нефтешлама и/или очищаемого замазученного грунта, а биопрепарат вносят из расчета 1/200 к массе птичьего помета и/или навоза КРС непосредственно в процессе первого смешения компонентов с замазученным грунтом и/или нефтешламом, укладывают полученную массу на подложку из глауконита высотой 1/20 от высоты бурта полученной массы, затем каждые 15-20 дней до прекращения процесса биодеструкции проводят аэрирование компоста путем перекладки или ворошения бурта с проведением первого ворошения или перекладки на 10 день.

Для равномерного распределения внесенных компонентов по объему и улучшения аэрации проводили фрезерование загрязненной почвы с предварительным внесением по площади загрязнения 18-20 сантиметрового слоя смеси на глубину 20 см.

Сразу после внесения в почву органоминеральный компонент обеспечил увеличение численности углеводородоокисленных микроорганизмов до уровня 10 клеток в 1 г почвы и более, чем 10-ти кратное увеличение активности азотфиксации, чему способствует глауконит и фосфогипс. На третьи сутки концентрация нефтепродукта снизилась более, чем в 10 раз и составляла 15-28 г на 1 кг почвы.

Высокая численность микрофлоры и ее активность отмечались на протяжении периода наблюдений (10 дней), по истечении которых содержание нефти снизилось до 6-12 г/кг почвы, что соответствует практически 100%-й очистке почвы. Загрязнение песчаных и щебенчатых почв нефтепродуктами осуществляются в сроки в 1,5 раза быстрее.

При переработке нефтешламов получены аналогичные результаты, где высокая численность микроорганизмов отмечалась на протяжении 10-15 дней и снизилась к концу третьей декады месяца наблюдений в результате уменьшения запасов биогенных элементов в шлаке. В результате содержание нефтепродуктов в шламе снизилось до экологически безопасного уровня и составило около 50 г на 1 кг грунта.

Отмечено, то на 10 сутки степень очистки составила 50%, а после 3-х месяцев достигала 100% степени очистки.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет в короткие сроки провести очистку замазученных грунтов и переработку нефтешламов до восстановления основных экологических функций почвы. Смесь из помета и/или навоза, глауконита, фосфогипса и лузги подсолнечника одновременно обеспечивает сорбцию углеводородов, стимулирует активность углеводородоокисляющих микроорганизмов, что обуславливает высокую степень деструкции нефти и перевод загрязненного грунта в высокогумусированную почву. Способ экономически и экологически является наиболее целесообразным, так как практически на 80% состоит из отходов производств.