УДК 622 822: 628. 396: 628.477

Курманбаев Г.Б., Калыбаева А.К., Бектас Д.Б., Камалова Г.Н.

КГУ им.Коркыт Ата, Казахстан

Разработка установки по рекультивации и утилизации

нефтезагрязненной почвы

В настоящее время нефть представляет собой один из основных источников энергии и сырья для современной цивилизации, единственным оправданным способом получения нефтепродуктов является разработка природных месторождений. Разработка нефтяных и газовых месторождений, бесспорно, является важным звеном народно-хозяйственного комплекса многих развитых стран, в том числе и Казахстан. Все регионы Казахстана установлены нефтегазоносным. Наряду добычей и транспортировки нефти и газа отмечается тенденция к повышенному загрязнению окружающей среды отходами нефтедобывающей промышленности. Особенно нефтепродукты в почвах промышленных объектов обнаруживают на поверхности, в почвенной толще и в грунте. Источниками загрязнения нефтепродуктами являются всевозможные разрывы, утечки, проливы нефтепродуктов, а также выбросы в атмосферу легких фракций углеводородов из-за разгерметизации, через дыхательные клапаны.

Нефтяные загрязнения вызывают долгосрочный сдвиг экосистемы почвы и, в частности, микрофлоры, выражающийся в изменении структуры микробоценозов и интенсивности биохимических процессов. Загрязненная нефтью и нефтепродуктами почва становится непригодной для использования, и восстановить такую почву можно только путем ее обработки. Поэтому одной из серьезных проблем защиты природной среды при нефтегазодобыче является ликвидация нефтяного загрязнения почвы. Нефть и нефтепродукты нарушают экологическое состояние почвенных покровов и в целом деформируют структуру биоценозов [1]. Устранение разливов нефти позволяет значительно улучшить санитарное состояние не только на территориях, непосредственно прилегающих к технологическим объектам, но и окружающей среды - воздуха и воды [2]. Достаточно традиционными (к сожалению) для современной цивилизации стали экологические катастрофы, связанные с наземными разливами нефтепродуктов (НП). Загрязнение такого рода негативно воздействуют на почвенный слой, поверхностные воды и геологическую среду, в том числе подземные воды. Немалая доля таких происшествий связана с авариями на нефтехранилищах и их ненадлежащей эксплуатацией. При этом даже после прекращения действия таких нефтехранилищ они на долгие годы остаются источниками загрязнений [2].

Проблема рекультивации земель и водных объектов в районах разлива нефтепродуктов (РРНП) часто затруднена чрезвычайно высоким уровнем их загрязнения, препятствующим деятельности углеводородокисляющей микрофлоры и естественному самоочищению. В силу высокой затраченности как самих рекультивационных мероприятий, так и получения исходных исчерпывающих данных о характере загрязнения и геологии РРНП априорно избранная технология очистки почвы грунтов и подземных вод, как правило, подвергается коррекции [2].

В Казахстане за последней 30 лет были отмечены 325 малые и большие разливы нефти и нефтепродуктов с общей площадью 85 км2 [3]. Большинство разливов постепенно начинают утилизировать различными методами. Но на это уходят 10- ки лет. По опубликованным данным Компаний «Петро Казахстан Кумколь Ресорсиз» [3]для утилизации 1 км2 затрачивается в среднем 200-400 тыс. долларов. А компания «Шеврон» в 2005-2007 гг для ликвидации и утилизации 5,5 км2 разлива нефти израсходовал 4,5 млн доллара. На 1056-м километре нефтепровода ТОН-2 (Таймыс-Омск-Новосибирск) Северо-Казахстанского нефтепроводного управления Восточного филиала АО "КазТрансОйл" произошел прорыв; разлив нефти составил 1000 квадратных метров. Ежегодно правительством и нефтяными компаниями выделяются огромные средства для этих цели, но работы ведутся очень медленно и без утилизации, а только проводится рекультивационные работы.

На сегодняшний день применяется физико-химические, механические, биотехнологические и электрохимические способы рекультивации и обработки почвы. Эти способы используется по своему специфическому и отличительному характеристикам и степени загрязнении среды.

Все часто используются два первых способа, по своей простате и экономичности в эксплуатации.

Суть другой биотехнологии состоит не во внесении в природную среду специфических бактерий либо культивировании бактерий местного биоценоза, а в инициировании последних с помощью различных соединений. Так, одним из приемов, обеспечивающих улучшение контакта микробной клетки с углеродным субстратом, кислородом, питательными веществами является диспергирование нефтепродуктов в почве с помощью различных поверхностно-активных веществ (ПАВ). Имеется много химических эмульгаторов, которые можно использовать с этой целью. Описано подобное действие активных гуминовых кислот, активного ила.

В США разработан биологический стимулятор деятельности местного биоценоза (биопрепарат «UNI-REM»), который способствует повышению доступности гидрофобных углеводородных молекул для широкого ряда природных микроорганизмов. На этом же принципе основано действие других препаратов зарубежных фирм: Bio-Rem, Fyrezyme.

Предлагаемый нами электрохимический способ относится к методу полного восстановления почвы, особенно применяется для малопроницаемых почв и возможность извлечения самых разнообразных загрязнителей, включая металлы и органические соединения. Самой главной отличительной особенностью данного способа является использования конечного продукта в виде топлива, как газ. Была установлена, что во время электрохимического процесса почва полностью очищается, а органические соединения превращаются в газ, который горит, синим пламенем. Природа этого газа показывает, что он горючий и теплоемкость очень высокая. Использования этого газ в газогенераторах полно возможно и такая необходимость является актуальной задачей по эффективному использованию вторичного сырья, при рекультивации отходов нефти и нефтепродуктов.

Для проведения работ по предложенному способу сначала собирают нефтезагрязненные почвы и вывозят в специально отведенное место, где установлен рекультивационно-энергетический комплекс. Комплекс работает в следующем порядке. В емкость для электролизного процесса заливает требуемый по специфики работ необходимое количество и тип электролита. На две области емкости пропорционально кладут соответствующие порции нефтезагрязненные почвы, и подается постоянный ток на электроды от источника питания. Нефтезагрязненая почва под действием электрического тока начинают разлагаться 3. Идет электролизный процесс. Во время процесса из этого продукта появляются пузырьки газа, а почва начинают оседать в дне корпуса емкости. Полученный газ собирается и доводя до нужного параметра сжигается в газогенераторах. Таким образом, в электролизном процессе нефтезагрязненная почва рекультивируется, а полученный газ используется для получения электроэнергии.

Рис-1. Рекультивационно-энергетический комплекс

В рисунке 1 показано конструктивные элементы разработанного комплекса и их описание. Данный комплекс (Рис-1) состоит из емкости 2, для создания электролизного процесса. Объем емкости зависит от мощности установки. Газоэлектрогенератор 10 вырабатывает трехфазный переменный ток, с напряжением 380 В, частотой 50 Гц. Газовый обогреватель 9 нужен для создания сухого газа. Источник питания 1 является необходимым узлом, для создания электролизного процесса. Таким источником может служит источник постоянного тока от 12-24В с зарядным током 20-30А. В рисунке 1- показан резервуар предварительного газа 4, с максимальным давлением 0,5-07 атм, в который накопляет выработанные газы с электролизной установки. Газовый компрессор 6, применяется для создания избыточного давления газа с номинальным давлением 2-3 атм. Давление топливного газа на газогенераторах может колебаться в пределах 2-5 атм. Поэтому при выборе газового компрессора необходимо учесть параметры газогенератора. Для накопления и подачи топливного газа в схеме комплекса предусмотрен резервуар высокого давление 7. Это установка должна контролировать давления, температуру и количество газа подаваемого в газовые горелки газогенератора. Генератор, вращая, начинает вырабатывать электроэнергию, его подключает в электрическую сеть. В дальнейшем постепенно начинает подключать нагрузку и тем самым загружать генератор. Для частичной автоматизации процесса предусмотрены различные датчики и элементы автоматики, а также вспомогательные устройства.

В работе изучены различные научно-исследовательские и практические опыты, проведенные в области рекультивации нефтязагрязненной почвы и их утилизация. Показаны основные направление используемые в современном мире и их эффективность. Сопоставлены различные способы по рекультивации нефтяных продуктов, и актуальным и перспективным способом выбран электрохимический метод. Этот процесс используется во многих технологических процессах, по получению различных газов необходимому для производства. Процесс и комплекс является безотходным. Обеспечивает и соответствует требованием эффективному использованию природным ресурсов.

Резюме

Бұл жұмыста мұнайланған жерлерді рекультивациялау мен оны утилизациялау жөніндегі жүргізілген, әр түрлі практикалық және ғылыми-зерттеу ізденістері көрсетіліп, оның электрохимиялық әдістеріне тоқталған. Аталған әдіс бойынша рекультивация-энергетикалық кешен жасалып, оның құрылысы мен жұмыс істеу принциптері және тиімді жақтары мен ерекшеліктері көрсетілген.

Rezume

Various researches and practical experiences were explored in the sphere of oil-contaminated land reclamation and its utilization under this project. The variety of petroleum products reclamation options were collated and electrochemical method is chosen as a relevant and a perspective. The reclamation power complex was worked out where construction and operation principles and also its effectiveness and specialty are described.

Литература:

1. Мунайшы 2008. №2. С. 18–23.

2. Мамедов А.П., Папова Л.Я., Джафарова Р.А., Ма-медов А.Н. // Нефтехимия. 1988. Т. 28, № 4. С. 442–44.

3. Экология нефти в регионах Казахстан Мунайшы 2006. №1. С. 12–15.

3. Джафарова Р.А., Мамедов А.П., Рустамов М.И. и др. // Нефтехимия. 2004. Т. 44, № 33. С. 232–236.