Технологии очистки почв от нефтепродуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Нефть - это жидкий природный раствор, состоящий из большого числа углеводородов (УВ) разнообразного строения и высокомолекулярных смолисто-асфальтеновых веществ. В нем растворено некоторое количество воды, солей, микроэлементов. Главные элементы: С - 83-87%, Н - 12-14%, N, S, O - 1-2%, реже 3-6% за счет S. Десятые и сотые доли процента нефти составляют многочисленные микроэлементы.

При выходе нефти в окружающую среду вода и почва загрязняются углеводородами, входящими в ее состав. В то же время происходят процессы, приводящие к разложению нефти: распространение, испарение и растворение. Попадание нефти и нефтепродуктов в почву приводит к снижению её биологической продуктивности, а так же снижению продуктивности и угнетению фитомассы растительного покрова.

Мы должны иметь представление о том, что попадая в почву, нефть опускается в грунте вертикально вниз под влиянием гравитационных сил и распространяется вширь под действием поверхностных и капиллярных сил. Скорость продвижения нефти зависит от ее свойств, грунта и соотношения нефти, воздуха и воды в многофазной движущейся системе. Пески и гравийные грунты, например, благоприятны для миграции нефти; илы и глины задерживают её продвижение. В горных породах нефть движется в основном по трещинам. Чем меньше доля нефти, тем труднее ее фильтрация в грунте. При содержании в грунте 10 -- 12 % (уровень остаточного насыщения) нефти она становится неподвижной. Движение прекращается также при достижении нефтью уровня грунтовых вод. Но тенденция к распространению нефти, обусловленная капиллярными силами, сохраняется. Нефть начинает перемещаться в направлении уклона поверхности грунтовых вод.

Выбор способов очистки грунтов определяется многими факторами, важнейшими из которых является степень и характер загрязнения земель, природно-климатические особенности района загрязнения и нормативные требования к качеству земель.

1. Классификация технологий и методов

В 2001 году Международным Научным Центром Новых Технологий Организации Объединенных Наций по промышленному развитию при поддержке: Фонда «Национальный Центр Экологического Менеджмента и Чистого Производства для нефтяной и газовой промышленности», Российского экологического федерального информационного агентства и национального информационного агентства «Природные ресурсы», был создан справочник «ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ», где был представлен список уже используемых технологий и технологий которые находятся на стадии развития.

В данном издании было выделено две основные категории технологий:

- первая категория включает методы, используемые для обработки загрязненной почвы, предварительно удаленной с поверхности выделенного участка земли. Применение таких технологий не требует больших затрат на процессы изъятия почвы, ее транспортировки и целесообразного объема транспортируемых материалов. Следует иметь в виду, что изъятие земель может вызвать искажение морфологической структуры обрабатываемого участка и нарушения течения как поверхностных, так и подземных вод. Тем не менее, изоляция и обработка загрязненных материалов вне участка позволяют применять более сложные приемы обработки, которые могут быть более эффективными и быстродействующими, а также более безопасными для грунтовых вод, животного и растительного мира, местных жителей.

- вторая категория включает методы имеющие преимущества вследствие непосредственного применения их на месте загрязнения. Это снижает риск воздействия загрязняющих веществ на человека и окружающую среду во время извлечения, транспортировки и восстановления загрязненных участков почв, что в свою очередь обеспечивает экономию средств. Основным недостатком данных технологий является гетерогенная природа субстрата участков восстановления, как с геологической точки зрения, так и с точки зрения распространения загрязнения. Выбор и применение технологий могут быть сделаны только на основании полученных данных о качестве обрабатываемой поверхности почвы. Кроме того, может потребоваться специализированная очистка загрязненной зоны, а наличие преференциальных потоков воздуха и воды может привести к неадекватной обработке рассматриваемого участка.

При общей оценке технологий в справочнике было представлено 27 зарубежных технологий и 62 технологии России и стран CНГ.

В настоящее время выделяют три основных метода очистки почв от нефти и нефтепродуктов:

1.Физические методы очистки почвы:

a) Электрохимическая очистка. Применяется для удаления из почвы хлорсодержащих углеводородов, различных нефтепродуктов, фенолов. На чем основана работа метода электрохимической очистки? В процессе движения электрического тока сквозь почву осуществляется электролиз воды, электрокоагуляция, реакции электрохимического окисления и электрофлотации. Степень окисления фенола находится в пределах от 70 до 90 процентов.

Качественный уровень обеззараживания почвы при электрохимической очистке приближается к ста процентам (минимальный показатель -- 95%). Метод позволяет удалять из почвы также такие вредные элементы как ртуть, свинец, мышьяк, кадмий, цианиды и др. К минусам метода можно отнести достаточно высокую стоимость (100-250$ за 1 мі почвы).

b) Электрокинетическая очистка. Используется для очищения почвы от цианидов, нефти и производных нефти, тяжелых металлов, цианидов, хлористых органических элементов. Типы почв, к которым может успешно применяться электрокинетическая очистка -- глинистые и суглинистые, насыщенные влагой частично или полностью.

Технология основана на применении таких процессов как электрофорез и электроосмос. Уровень контроля и воздействия на процессы очищения почвы достаточно высокий. Для использования метода требуется применение химических реактивов или растворов поверхностно-активных веществ.

Эффективность электрокинетической очистки почвы составляет от 80 до 99 процентов. Стоимость несколько ниже чем при электрохимической очистке (100-170$ за 1 мі почвы).

2.Химические методы очистки почвы:

a) Метод промывки. Технологии химической очистки почвы подразумевают использование растворов поверхностно-активных веществ или сильные окислители (активный кислород и хлор, щелочные растворы). В основном метод применяется с целью очистки почвы от нефти. Эффективность при методе промывки составляет до 99%.

После того как почва очищена, можно проводить ее рекультивацию.

Из минусов химических методов очистки почвы можно отметить длительные сроки (1-4 года в среднем) и значительное количество загрязненной воды, которую тоже приходится очищать перед выбросом в окружающую среду.

3.Биологические методы очистки почвы:

a) Фитоэкстракция. Технология очистки засоренных вредными веществами почв методом фитоэкстракции -- это выращивание определенных видов растений на загрязненных участках грунта.

Фитоэкстракция демонстрирует хорошие результаты при очистке почвы от медных, цинковых и никелевых соединений, а также кобальта, свинца, марганца, цинка и хрома. Для удаления подавляющего количества указанных элементов из почвы, нужно обеспечить несколько циклов растительных культур. По окончании процесса фитоэкстракции растения следует собрать и сжечь. Полученный после сжигания пепел считается вредными отходами и подлежит утилизации.

b) Фиторемедиация и биостимулирование. Еще один биологический метод -- целенаправленное усиление активности специфической микрофлоры почвы, которая занимается разложением нефти. Также, допустимо добавление определенных микробных культур в почву.В результате создаются благоприятные условия для микроорганизмов, которые осуществляют утилизацию нефтепродуктов и нефти.

В почвах с застарелыми нефтяными загрязнениями (>5 лет) или при их повторном загрязнении численность микроорганизмов-нефтедеструкторов повышается в результате протекания естественной автоселекции. Много почвенных нефтедеструкторов содержится в торфе. Для активизации углеводородоокисляющей способности почвенной микрофлоры бывает достаточно провести агротехнические мероприятия, внести в почву различные добавки, выполняющие роль стимуляторов и соокислителей при деградации углеводородов, то есть использовать метод биостимулирования.

При ликвидации свежих нефтяных проливов необходимо использовать метод биоагументации(входит в состав фиторемедиации) - привнесение в загрязненную среду биопрепаратов, содержащих микроорганизмы-нефтедеструкторы, в экстремальных условиях (в кислой среде, при дефиците влаги, дефиците питательных веществ в почве) в качестве деструкторов нефти более эффективны дрожжи и грибы. В результате мицелиального роста грибы проникают между локальными источниками питания, в почвенно-нефтяные агломераты и благодаря своей устойчивости к низкому содержанию влаги и низкому рН активно участвуют на поздних стадиях разложения остатков нефти в очищаемых средах.

Наибольшее количество биопрепаратов требуется для утилизации сырой нефти и мазута, наименьшее - для утилизации жидких парафинов, светлых нефтепродуктов. Перед внесением биопрепарата осуществляют вспашку почвы, внесение мелиорантов и структураторов, стартовой дозы минеральной подкормки. Раствор минеральной подкормки вносят в почву за 2-3 сут. до обработки биопрепаратом. По окончании агромелиоративных работ готовят рабочую суспензию биопрепарата. В препаратах, поставляемых в виде порошков, микроорганизмы находятся в состоянии покоя. Для получения активных клеток необходимо осуществить их мягкий вывод из покоящегося состояния. При проведении очистных работ в полевых условиях для перевода клеток в активное состояние отмеренное количество порошка биопрепарата разводят в воде с добавленными минеральными солями (например, с аммофоской или диаммофоской

Для обработки обширных загрязненных территорий может использоваться сельскохозяйственная авиация. Если предварительная обработка загрязненных участков почв перед внесением биопрепарата невозможна, то тогда используют многократную обработку биопрепаратами с корректировкой рН и внесением удобрений. Активный процесс биодеструкции протекает за 3-10 недель, затем наблюдается медленное снижение содержания углеводородов нефти. На начальных стадиях скорость биодеструкции может быть повышена повторными внесениями препарата (2-3 приема) в рекомендуемых или повышенных дозах.

С помощью методов биостимулирования и использования биопрепаратов можно удалить до 90-98 % нефтезагрязнений в почвенной среде. Оставшиеся углеводороды, смолы, асфальтены, битумы и другие высокомолекулярные соединения устойчивы к биологическому разложению, но инертны и мало опасны для окружающей среды.

2. Технические средства и технологии очистки почв от нефтепродуктов и локализации загрязнения при аварийных разливах нефти

Во время возникновения аварийных ситуаций одной из главных задач является ограничение площади разлива нефти. Разлившуюся нефть отводят в естественные понижения местности, защитные амбары, роют траншеи или оконтуривают земляными дамбами. Эти операции выполняют параллельно с основными работами по ликвидации аварии. Отвод нефти в естественные понижения не всегда возможен и целесообразен из-за отсутствия их или ввиду загрязнения новых площадей по пути движения нефти. Для ограждения разлитой нефти можно применять также различные подручные средства, такие как бревна, камышовые маты и т.д. В некоторых случаях может оказаться целесообразным предотвращать распространение нефти сооружением канав, по которым направляют разлитую нефть в заранее выбранное место. Для этих целей можно использовать пластмассовые желоба, применяемые в гидротехнике и мелиорации для подвода воды. Преимуществом таких желобов является то, что их можно собирать в любых условиях.

Наибольшие трудности возникают при загрязнениях водо-насыщенных, обводненных грунтов и грунтов с высоким уровнем грунтовых вод. Такие грунты, как правило, обладают низкой несущей способностью и оказываются непроходимыми для землеройной техники. Кроме того, при высоком уровне грунтовых вод существенно возрастает опасность загрязнения их нефтью. Сбор нефти с поверхности обводненных грунтов даже при условии сооружения грунтовых дамб также сложен из-за наличия мелкого кустарника, кочек, воды и т.п. В подобных ситуациях наиболее эффективной представляется такая технология как отвод нефти с дневной поверхности за пределы или к границе загрязненного участка и закачка ее в емкость.

При разливах нефти на замерзающей земле и на снегу сооружают снежные дамбы, производят перемешивание нефти со снегом и грузят смесь в емкость, где нефть после таяния снега отделяется от воды.

Для сбора остатков нефти с поверхности суши (после откачки насосами) можно использовать сорбенты, которые наносят на нефтяное пятно. После пропитывания сорбента нефтью его собирают, не нарушая верхнего слоя почвы, и вывозят на специальные пункты, где сорбент утилизируют. нефть фитоэкстракция сорбент

Сорбенты -- вещества селективного действия, они должны поглощать нефть и как можно меньше воды. Эти сорбенты должны обладать высокой скоростью поглощения нефти, чтобы не допустить значительного впитывания ее в почву; иметь склонность к образованию смеси с нефтью по всей толщине разлива; легко формироваться в виде матов или рукавов, которые можно свертывать, выжимать и снова использовать; создавать на поверхности земли слои, которые можно легко удалять; не образовывать при перемешивании с нефтью липкого вещества; иметь способность к биологическому разложению или сжиганию, когда удаление их невозможно или представляет значительные трудности.

Сорбенты могут быть натурального и синтетического происхождения. В принципе можно применять любые поглощающие материалы. При этом исходят из доступности сорбента, его стоимости, а также возможности сбора насыщенного нефтью сорбента, его регенерации или сжигания.

Заключение

Благодаря имеющемуся опыту и собранным данным технологии восстановления загрязненных почв постоянно развиваются. Обобщая имеющийся опыт по проблемам восстановления почв загрязненных нефтью и нефтепродуктами, мы можем комбинировать технологии и создавать оптимальные методики рекультивации для различных регионов с учетом существующего разнообразия почвенно-климатических зон, что имеет большое значение для рационального природопользования. Это позволяет оптимизировать выбор наиболее приемлемых методов, как с экологической, так и экономической точки зрения.

Размещено на Allbest.ru