Защита окружающей среды в настоящее время является актуальной задачей любой отрасли промышленного производства мирового пространства. Одной из серьезных глобальных проблем является загрязнение почвенного покрова и водных акваторий нефтью и нефтепродуктами. Разработка новых и совершенствование существующих технологий восстановления (очистки) нефтезагрязненных почв [10] и водных акваторий относится к числу приоритетных задач, как РФ, так и других стран. Ежегодно в мире добывается свыше 4 млрд. тонн сырой нефти. В процессе добычи, хранения, транспортировки и переработки нефти на поверхности земли оказывается около 50 млн. тонн нефти и нефтепродуктов, которые затем попадают в грунт и воду, а также накапливаются в нефтеловушках и отстойниках [9]. При этом, из разряда ценных природных энергоресурсов они переходят в группу токсичных загрязнителей окружающей среды (рис. 1).
Рис. 1 Загрязненные нефтью почва и водная акватория
Нефть и нефтепродукты, попадая в почву, вызывают значительные, а порой необратимые изменения ее свойств, выражающиеся в образовании битуминозных солончаков, гудронизации или цементации [9]. Подобные изменения почвы влекут за собой ухудшение состояния растительности, снижение биопродуктивности, активности окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов, обеспеченность почвы подвижными формами азота и фосфора. В результате разрушения почвенного покрова и растительности усиливается эрозия почв, деградация, криогенез. Загрязнение нефтью и нефтепродуктами оказывает отрицательное воздействие на химические, физические и биологические свойства почв. Наличие нефтепродуктов в воде ухудшает экологическое равновесие в водоемах, снижает их биологическую продуктивность, что в свою очередь отражается на здоровье людей и приводит к экологическому ущербу [3, 4, 7, 8].
Для решения рассмотренной выше проблемы необходимо проводить обезвреживание нефтяных загрязнений или их захоронение на специально выделенных полигонах. Обезвреживание нефтяных загрязнений значительно дешевле захоронения, но требует применения специальных технологий: механические, сорбционные, химические и биологические. Комплексное применение технологий очистки различных групп позволяют проводить ликвидацию загрязнений нефти и нефтепродуктов любого характера и уровня сложности без ущерба для окружающей среды.
Настоящее исследование проводится с целью усовершенствования способа зачистки резервуаров предприятий авиатопливо- и нефтепродуктообеспечения и сокращения уровня отрицательного влияния проливов нефти и нефтепродуктов на окружающую среду.
Методы исследования, применяемые в настоящей работе, основаны на принципах анализа и синтеза патентно-информационных и литературных источников и научно-исследовательских разработок в области нейтрализации проливов нефти и нефтепродуктов при помощи биопрепаратов.
Одной из основных задач при эксплуатации резервуаров является зачистка резервуаров. Для обеспечения эксплуатационной надежности резервуаров с нефтепродуктом необходимо соблюдение правил их технической эксплуатации, контроля, выявления и устранения дефектов. Необходимым условием выполнения этих работ является своевременный ремонт резервуаров с предварительной зачисткой от остатков нефтепродуктов и их отложений.
Периодичность зачистки резервуаров устанавливается согласно ГОСТ 1510-84 [1], резервуары из-под нефти зачищаются при необходимости (освобождение от высоковязких отложений, при проведении диагностики резервуара). Зачистка резервуаров от остатков нефти и нефтепродуктов является неотъемлемой частью технологического процесса нефтепродуктообеспечения. Данная процедура необходима для повышения безопасности, надёжности эксплуатации резервуаров и обеспечения качества хранимой нефти и нефтепродуктов. В настоящее время существуют следующие способы зачистки резервуаров: механический, гидродинамический, физико-химический и пароконденсатный.
При механическом методе, удаление парафиновых и смольных отложений обеспечивается с помощью скребков, щеток и ветоши, данный метод не обеспечивает требуемый уровень очистки, в результате чего на стенках резервуара остается тонкий слой нефти и нефтепродуктов.
Гидродинамический метод основан на использовании струи воды под давлением, недостатком данного метода является то, что водная среда и низкая температура процессов не позволяет полностью удалить загрязнения нефти и нефтепродуктов.
При физико-химическом методе используются водные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ) и ионогенных, которые позволяют удалить только тонкие слои загрязнений, при удалении парафиновых отложений возникают трудности.
При пароконденсатном методе используются пары органических и неорганических веществ, что позволяет полностью удалить загрязнения нефти и нефтепродуктов.
В зависимости от используемого метода зачистки резервуара могут образовываться следующие продукты:
-
смесь разогретого и разжиженного остатка продукта зачистки в резервуаре;
-
водонефтяная эмульсия, образовавшаяся при размыве остатка нефтепродукта горячей водой, подаваемой через моечные машинки, или при водозеркальном подогреве;
- промывочная вода, содержащая эмульгированный нефтепродукт от 600 до 1500 мг/л;
-
промывочная вода, содержащая растворенный нефтепродукт от 110 до 340 мг/л;
-
техническое моющее средство (ТМС), содержащее от 25 до 100 г/л эмульгированного нефтепродукта;
-
твердые продукты, такие как ил, ржавчина, песок, содержащие высокомолекулярные углеводороды, (парафин, асфальто-смолистые вещества).
Общим недостатком существующих способов зачистки является то, что в процессе зачистки образуются нефтеэмульсионные составы, требующие последующей очистки от нефтепродуктов перед их повторным применением или сбросом в окружающую среду. Очистка нефтеэмульсии от нефти или нефтепродукта осуществляется следующим образом: нефтеэмульсия разделяется на две фазы: нефтепродукт и воду, путем отстаивания в специально выделенном резервуаре, с последующим термоотстаиванием обводненного нефтепродукта, и оценкой содержащейся влаги и механических примесей. В зависимости от их количества получаемый продукт утилизируется или смешивается с котельным товарным топливом в пределах имеющегося запаса качества и сжигается в энергетических установках.
В тоже время отделенная вода откачивается в специально отведенный резервуар для очистки, при замкнутом цикле мойки техническое моющее средство насыщается нефтепродуктом, теряет моющую способность и становится непригодным для последующей мойки при содержании 1200-1500 мг/л эмульгированного нефтепродукта. Очистка воды осуществляется на очистных сооружениях посредством отстоя в каскадном отстойнике с напорной флотацией, встроенной в каскадный отстойник или другие очистные сооружения, а водный раствор ТМС нейтрализуется. Перед сливом в канализацию отработанный раствор необходимо подогреть водяным паром до температуры 60-80°С и нейтрализовать сернокислым алюминием или хлорной известью из расчета 2-3 кг/м3. Раствор ТМС с коагулянтом в виде сернокислого алюминия или хлорной извести, тщательно перемешивается. После отстоя нейтрализованного раствора технического моющего средства в течение 12 часов производится его слив в канализацию с разбавлением водой в 15 раз [2].
Несовершенство технологических операций по нейтрализации полученных нефтеэмульсий может нанести значительный экологический ущерб окружающей среде и экономический организации эксплуатанту, т. к. штрафы составляют значительные суммы.
Данную проблему можно решить применением биологических препаратов, обладающих высоко выраженной окисляющей активностью микробной культуры (в качестве источников питания используются углеводороды и минеральные соли) в отношении углеводородов нефти и нефтепродуктов, которые переводят их в экологически нейтральные соединения и способствуют ускорению рекультивации почвы. Нефтеокисляющие бактерии разрушают практически все углеводороды, от метана до самых тяжелых остатков. Одним из таких биопрепаратов является «Дестройл», который относится к группе бактериальных препаратов, используемых для очистки загрязненной воды и почвы от нефти и нефтепродуктов. Данный биопрепарат разработан на Бердском заводе биологических препаратов в РФ. «Дестройл» не оказывает разрушающего воздействия на краски, каучук, пластмассы и совместим со многими конструкционными материалами [5-6]. Биологическая очистка имеет природный характер и протекает одинаково как в водоемах, в почве, так и в резервуарах. Использование биопрепарата «Дестройл» для нейтрализации продуктов зачистки резервуаров складов горюче-смазочных материалов предприятий авиатопливо- и нефтепродуктообеспечения, является эффективным экологически чистым методом.
С целью изучения нефтеокисляющих свойств биопрепарата «Дестройл», проведены исследования, предусматривающие выполнение следующих этапов:
-
моделирование процесса загрязнения лабораторной ёмкости авиационным топливом марки ТС-1;
-
приготовление рабочей суспензии биопрепарата «Дестройл» в зависимости от степени загрязнения;
-
взаимодействие рабочей суспензии с поверхностью стенок лабораторной ёмкости (в течение 72 часов);
-
удаление образовавшегося продукта из лабораторной ёмкости;
-
экстракция нефтепродукта, оставшегося на стенках, ёмкости четырёххлористым углеродом (ССI4);
-
взвешивание подготовленной (чистой) ёмкости для определения массы остатка авиационного топлива ТС-1;
-
фильтрация смеси четырёххлористого углерода (ССI4) с остатками нефтепродукта в подготовленную ёмкость;
-
испарение четырёххлористого углерода (ССI4) из смеси при помощи водоструйного насоса;
-
взвешивание лабораторной ёмкости с остатками авиационного топлива ТС-1;
-
обработка результатов исследования.
С целью повышения эффективности проводимых исследований, направленных на изучение нефтеокисляющего действия биологического препарата было исследовано девять проб с различной степенью загрязнения авиационным топливом ТС-1 и разной концентрацией биопрепарата «Дестройл»: 1,5; 1,75 и 2 г/кг (табл. 1).
Таблица 1. Расход биопрепарата «Дестройл»
|
Остаток авиационного топлива марки ТС-1, кг |
Концентрация биопрепарата «Дестройл», г/кг |
||
|
1,5 |
1,75 |
2 |
|
|
0,4 10-3 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
|
0,56 10-3 |
0,84 |
0,98 |
1,12 |
|
0,64 10-3 |
0,96 |
1,12 |
1,28 |
Условия проведения экспериментальных исследований: температура проб поддерживалась посредством водяной бани на уровне 28±1оС; температура окружающего воздуха составляла 25±1°С; влажность окружающего воздуха 50±5 %; для исключения интенсивного испарения, емкости с пробами были прикрыты, с учетом доступа кислорода; продолжительность исследований составляла 72 часа. Результаты экспериментальных исследований представлены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты экспериментальных исследований
|
№ пробы |
Концентрация «Дестройла», г/кг |
Масса авиационного топлива марки ТС-1 , г |
Убыль авиационного топлива марки ТС-1, мг |
Степень очистки, в % |
|
|
до исследования |
после исследования |
||||
|
1 |
1,5 |
0,4 |
0,05156 |
0,34844 |
87,11 |
|
2 |
1,75 |
0,4 |
0,04436 |
0,35564 |
88,91 |
|
3 |
2 |
0,4 |
0,04364 |
0,35636 |
89,09 |
|
4 |
1,5 |
0,56 |
0,07174 |
0,48826 |
87,19 |
|
5 |
1,75 |
0,56 |
0,06238 |
0,49762 |
88,86 |
|
6 |
2 |
0,56 |
0,06120 |
0,4988 |
89,07 |
|
7 |
1,5 |
0,64 |
0,08186 |
0,5581 |
87,21 |
|
8 |
1,75 |
0,64 |
0,07078 |
0,56922 |
88,94 |
|
9 |
2 |
0,64 |
0,06969 |
0,57031 |
89,11 |
В результате анализа данных табл. 2 установлено, что с увеличением концентрации биологического препарата «Дестройл» от 1,5 до 2 г сухого препарата на 1 кг авиационного топлива ТС-1, степень очистки ёмкости повышается.
Заключение. Применение биологического препарата «Дестройл», обладающего высоко выраженной окисляющей активностью микробной культуры в отношении углеводородов нефти и нефтепродуктов в сочетании с существующим комплектом оборудования для химико-механизированной зачистки резервуаров от остатков нефтепродуктов в несколько этапов позволит добиться практически 100-й степени очистки. Биологический препарат позволяет трансформировать нефтепродукты в экологически нейтральные соединения, не нанося при этом вред окружающей среде, способствует ускорению рекультивации почвы и сокращает время очистки сточных вод.
Рецензенты:
Петровский Э.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологических машин и оборудования нефтегазового комплекса, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск;
Минеев А.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой бурения нефтяных и газовых скважин, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск.
Библиографическая ссылка
Кайзер Ю.Ф., Лысянников А.В., Желукевич Р.Б., Лысянникова Н.Н., Мерко М.А., Плахотникова М.А., Колотов А.В., Митяев А.Е., Серебреникова Ю.Г., Кайзер О.А., Кузнецов А.В. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ БИОПРЕПАРАТА «ДЕСТРОЙЛ» В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ЗАЧИСТКИ РЕЗЕРВУАРОВ СКЛАДОВ АВИАЦИОННЫХ ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=15345 (дата обращения: 18.04.2024).