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.