Состояние донных отложений нефтяного месторождения «Жемчужины», северный Каспий. Донные отложения нефти


СПОСОБ РАЗМЫВА И УДАЛЕНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ИЗ СТАЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ С НЕФТЬЮ ИЛИ НЕФТЕПРОДУКТАМИ

Изобретение относится к эксплуатации резервуарных парков магистральных нефтепроводов, необходимых для приема нефти от добывающих предприятий, ее учета, обеспечения заданных для перекачки потребителю свойств нефти. В частности, изобретение относится к технологии очистки стальных вертикальных резервуаров от донных отложений.

На днищах резервуаров с течением времени при длительной эксплуатации накапливается осадок, сокращающий полезную емкость и затрудняющий эксплуатацию резервуаров. Осадок по площади распределяется неравномерно, наибольшая его толщина создается в участках, удаленных от приемо-раздаточных патрубков, что не позволяет точно замерять фактическое количество нефти в резервуаре. Со временем осадок уплотняется и в отдельных зонах трудно поддается размыву. Для надежной эксплуатации резервуаров их необходимо периодически очищать от накопившегося осадка.

Широкое распространение получили химико-механизированные способы очистки резервуаров с применением растворов моющих средств, способствующих повышению качества очистки, интенсивности процесса очистки, при незначительной степени применения ручного труда. Основными недостатками данной технологии, ограничивающими возможности ее практического применения, является необходимость использования специального реагента и дальнейшая очистка растворов моющих средств от нефтешламов (нефтеостатков). (См. RU2307976 от 10.10.2007).

Взрыво- и пожароопасность очищаемого резервуара зависит как от свойств моющего раствора, так и от свойств нефтеостатков, которые в процессе очистки активизируются и существенно изменяют состав газовой среды, что может привести к опасным концентрациям паров в воздухе. Поэтому целесообразно нефтеостатки разжижать самой нефтью и удалять вместе с ней, что осуществляется на практике, при размыве донных парафинистых осадков.

С применением нефти в качестве моющего средства исключается применение специальных химических реагентов и решается проблема регенерации промывочного раствора и утилизации нефтеостатков путем сбора их в системе транспорта нефти.

При применении нефти в качестве моющего средства в целях снижения пожаро- и взрывоопасности необходимо обеспечить насыщение углеводородов в резервуаре выше предела взрывоопасности и исключить нарушение концентрации за счет поступления (подсоса) воздуха. Известно, что при перемешивании остатков нефти в резервуаре выделяются углеводороды, равновесие газовой смеси смещается в сторону от пределов взрываемости, поэтому при промывке резервуара нефтью выделение углеводородов в газовое пространство гарантирует безопасность работ.

Применяемые в настоящее время способы очистки резервуаров связаны с промывкой, пропариванием и вентиляцией внутреннего пространства резервуара, а также вывозом твердого остатка (нефтешлама).

За последние годы в нашей стране широко применяются резервуары больших объемов с плавающими крышами. Диаметр резервуара более 60 м, а высота между днищем и плавающей крышей, находящейся во время очистки на опорных стойках в нижнем положении, лежит в пределах (1200-1800) мм. В пространстве между плавающей крышей и днищем находится большое количество конструкций: опорные стойки, система удаления атмосферных осадков с крыши, предупреждения выпадения осадка из нефти, система подогрева и другое оборудование - все они затрудняют очистку резервуара.

Одним из вариантов решения проблемы очистки резервуаров является предотвращение накопления осадков.

Наиболее рациональным из всех существующих методов по борьбе с накоплением донных осадков в резервуарах являются гидравлические системы размыва. Система состоит из группы веерных сопел, из которых струи нефти распространяются по днищу резервуара, смывают осадок, и затем взвешенный осадок вместе с нефтью откачивается из резервуара. Эта система позволяет исключить трудоемкие периодические зачистки резервуаров, сохранить и перевести в нефть осадок, представляющий собой ценный энергоресурс, увеличивает полезную емкость резервуара и устраняет загрязнение окружающий среды.

Вместо системы веерных кольцевых сопел может применяться также компактная струя с медленно вращающимся соплом, также обеспечивающая высокую эффективность перемешивания осадка с нефтью. (См. Гималетдинов Г.М., Саттарова Д.М. «СПОСОБЫ ОЧИСТКИ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НАКОПЛЕНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В РЕЗЕРВУАРАХ». Нефтегазовое дело. Электронный научный журнал. Выпуск 1/2006, стр. http://www.ogbus.ru/2006_1.shtml).

Недостатком подобных систем является то, что со временем трубопроводы обвязки разрушаются, подвижные части сопел засоряются, снижая эффективность размыва донных отложений.

Для обеспечения длительной и безаварийной работы стационарных гидравлических систем размыва необходимо разработать оптимальные режимы их эксплуатации.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности размыва и удаления донных отложений из стальных вертикальных резервуаров с нефтью и/или нефтепродуктами при обеспечении длительной безаварийной работы стационарных гидравлических систем размыва.

Для решения поставленной задачи предложен способ размыва и удаления донных отложений из стальных вертикальных резервуаров с нефтью и/или нефтепродуктами при помощи стационарной системы размыва, включающей трубную разводку, снабженную размывающими соплами, предусматривающий заполнение резервуара нефтью до уровня, обеспечивающего безопасную работу системы размыва, и размыв донных отложений путем подачи нефти через сопла системы с откачкой из резервуара размытых донных отложений в смеси с нефтью. При этом минимальное значение уровня нефти перед началом заполнения резервуара через систему размыва, обеспечивающего безопасную работу системы, устанавливают в диапазоне 2-3 м, а расход закачки нефти через систему задают не менее 200 м3/ч.

Размыв и удаление донных отложений проводят перед выводом резервуара из эксплуатации.

В первом варианте осуществления заявленного способа откачку из резервуара размытых донных отложений в смеси с нефтью проводят одновременно с заполнением резервуара нефтью через систему размыва.

Откачку из резервуара производят зачистным насосом до минимально возможного технологического уровня.

В другом варианте осуществления заявленной технологии операции заполнения резервуара нефтью до уровня, обеспечивающего безопасную работу системы размыва, размыв донных отложений путем подачи нефти через сопла системы размыва и откачку из резервуара выполняют раздельно и последовательно.

Выбор минимального значения уровня нефти, обеспечивающего безопасную работу системы размыва, выбирают в зависимости от типа и размера резервуара.

Так минимальное значение уровня нефти, обеспечивающего безопасную работу системы, для стального вертикального резервуара со стационарной крышей устанавливают на уровне 2 м.

А для стального вертикального резервуара с плавающей крышей или в плавающим понтоном минимальное значение уровня нефти, обеспечивающего безопасную работу системы размыва, устанавливают на уровне не менее 3 м.

Откачку из резервуара с плавающей крышей производят со скоростью ее перемещения не более 3,5 м/ч.

Для обеспечения качественного размыва донных отложений минимальная продолжительность размыва при уровне осадка в резервуаре до 0,1 м составляет 3,5-5 ч в зависимости от объема резервуара.

При уровне осадка в резервуаре до 0,5 м минимальная продолжительность размыва осадка составляет 7-16 ч в зависимости от объема резервуара.

При уровне осадка в резервуаре до 1,0 м минимальная продолжительность размыва осадка составляет 25-54 ч в зависимости от объема резервуара.

При уровне осадка в резервуаре более 1,0 м минимальная продолжительность размыва осадка составляет 30-60 ч.

Пример 1.

Перед выводом резервуара из эксплуатации размыв донных отложений в резервуаре производили с использованием стационарной системы, состоящей из трубной разводки и размывающих сопел раздельным способом.

Технологические операции по размыву и удалению из резервуара донных отложений осуществляются в следующей последовательности: заполнение резервуара нефтью до уровня, обеспечивающего безопасную работу оборудования, согласно таблице 1. При этом для стального резервуара с плавающей крышей или с плавающим понтоном значение уровня нефти, обеспечивающего безопасную работу системы размыва, составило 3 м. Если уровень нефти в резервуаре менее 3 м, то возникает риск повреждения вспомогательного оборудования, расположенного под плавающей крышей или понтоном.

Размыв донных отложений осуществляли путем подачи нефти через систему размыва с последующей откачкой размытых донных отложений в смеси с нефтью.

Продолжительность размыва выбирали в зависимости от толщины донных отложений. Параметры системы размыва приведены в таблице 1. Так, для резервуара объемом 5000 м3 при уровне донных отложений 0,1 м продолжительность размыва составила 5 ч. А для резервуара объемом 50000 м3 при уровне донных отложений более 1 м продолжительность размыва составила 35 ч.

Размыв резервуара осуществляли до обеспечения нормативного уровня донных отложений (замер производили через замерный люк). Размыв резервуара был завершен за сутки до вывода резервуара из эксплуатации.

В данном примере показан вариант заявленной технологии с последовательным осуществлением операций заполнения нефтью резервуара через систему размыва, донные отложения приводятся во взвешенное состояние и удаляются из резервуара путем откачки нефти из резервуара. Разрыв по времени между операциями заполнения и откачки не превышает 2 ч для исключения формирования нового осадка донных отложений.

Уровень нефти перед началом размыва резервуара через стационарную систему приведен в таблице 1.

Откачка нефти из резервуара производится зачистным насосом через трубопроводы до минимально возможного технологического уровня нефти. Для резервуаров, оснащенных понтоном (плавающей крышей), откачка нефти должна производиться со скоростью движения понтона (плавающей крыши) не более 3,5 м/ч.

Через 2 ч после выполнения технологической операции по откачке нефти из резервуара проводится замер уровня донных отложений, не менее чем в трех точках, замерной рулеткой с лотом через замерный люк и световые люки в стационарной и плавающей крыше. Для резервуаров типа РВСП замер производится в одной точке через замерный люк.

Пример 2.

Способ размыва донных отложений провели по варианту одновременного проведения операций заполнения резервуара через систему размыва и откачки через трубопроводы системы. В этом случае приведение во взвешенное состояние и удаление донных отложений происходит одновременно. Параметры работы системы размыва соответствовали табл.1.

edrid.ru

Способ очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для очистки природных и искусственных водоемов, дно которых загрязнено нефтью и нефтепродуктами. Способ очистки донных водоемов от нефти и нефтепродуктов включает отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, подъем нефтесодержащей смеси на поверхность водоема и сбор нефти и нефтепродуктов с последующей их утилизацией. Донные отложения размывают водовоздушной струей. Поднятую эрлифтом 5 на поверхность водоема нефтесодержащую смесь сепарируют на газ, сопутствующую воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции. Газ сбрасывают в атмосферу. Гидрофобные нефтяные фракции накапливают в нефтесборной емкости 1. Сопутствующую воду очищают от остатков нефтепродуктов нефтесорбирующими материалами 11 и сбрасывают в очищаемый водоем. Установка для очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов включает плавающую нефтесборную емкость 1, средство размыва и фтотации 19, эрлифтный канал 5 транспортировки нефтесодержащих загрязнений и каскад плавучих бассейнов 10 с нефтесорбирующими средствами 11. Изобретение позволяет повысить производительность и степень очистки воды. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для использования на природных и искусственных водоемах, дно которых загрязнено нефтью и нефтепродуктами.

Известен способ очистки донных отложений обезвоживанием суспензии донных отложений и воды и трехкратной термообработкой осадка горячей водой при 80°С в течение 24 часов с дальнейшей аэробной биологической очисткой (патент РФ №2246451 С1, МПК С02F 11/02, 16.09.2003).

Известен также способ очистки донных отложений нефтешламовых накопителей (патент РФ №2309128 С1, МПК C02F 11/16, 26.02.2006), где осадок непосредственно в накопителе смешивают с известковым материалом, а затем смесь из накопителя направляют на сушку в естественных условиях до 30-40 % влажности. Далее смесь подвергают анаэробной биологической обработке.

Недостатком известных способов является высокая стоимость очистки донных отложений за счет необходимости изъятия отложений для очистки из водного объекта. Данные способы практически не реализуемы на природных водных объектах.

Известен способ очистки воды водоемов и донных отложений от загрязнений нефтью и нефтепродуктами (патент РФ №2260652 С1, МПК Е02В 15/04, С02F 1/28, 2005), который предусматривает аэрацию воды и флотацию донных отложений. На поверхности воды размещают активные боны, выполненные в виде матов из хлопчатобумажной или синтетической ткани, заполненных очищающим составом, которыми огораживают всплывающие загрязнения. В результате принудительной аэрации и активации углеводородокисляющих микроорганизмов очищающим составом активных бонов происходит окисление нефти и нефтепродуктов.

Недостатком данного способа очистки донных отложений является размытие донных отложений, которые вызывают увеличение содержания нефти в воде, вторичное загрязнение водоема нефтепродуктами и неконтролируемое передвижение нефти и нефтепродуктов в толще воды и на поверхности водного объекта, особенно при наличии течения, что малоэффективно и неприменимо на водных объектах, имеющих рыбохозяйственное значение. Степень очистки воды недостаточна, при сильном загрязнении дна водоема слоем нефтепродуктов активные боны быстро загрязняются нефтью и теряют очищающие свойства.

Ближайшим аналогом предлагаемого решения является способ очистки донных отложений водоемов от нефти и/или нефтепродуктов (патент РФ №2381994, C02F 1/40, B09C 1/00), включающий механическое разрушение придонного слоя с помощью вибраторов придонного блока очистки, которые погружают в донные отложения. Механическими колебаниями вибраторов вызывают отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, одновременно осуществляют подачу сжатого воздуха, который перемещает водовоздушную смесь и загрязнения в сужающуюся верхнюю часть придонного блока, выполненного в виде перевернутой пирамиды. Загрязнения подхватывают эрлифтным потоком, поднимают на поверхность водоема и собирают в плавающую емкость-отстойник. Способ выбран за прототип.

Недостатком данного способа, не позволяющим достичь желаемого технического результата, является малая объемная производительность очистки воды от нефти и нефтепродуктов и недостаточная степень очистки. Это вызвано тем, что в приемную емкость-отстойник поступает нефтесодержащая смесь с достаточно низким содержанием загрязнений, которые могут составлять всего несколько процентов от объема сопутствующей воды. Как известно, ПДК воды по нефти составляет 0,1 мг/л, а для рыбохозяйственных водоемов - вдвое меньше (Требования СанПИН 2.1.4.1074-01). Вода, отстоянная в отстойнике, не является чистой, и может вновь поступать в водоем. Недостатком способа-прототипа является и невозможность погружения механических вибраторов в плотные донные отложения - каменистые, глинистые, скалистые, что существенно ограничивает применение известного способа очистки.

Технической задачей изобретения является повышение объемной производительности очистки воды и донных отложений от нефти и нефтепродуктов, увеличение степени очистки воды и уменьшение вторичного загрязнения водоема.

Технический результат достигается следующим образом.

В способе очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов, включающем отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, подъем нефтесодержащей смеси эрлифтным потоком на поверхность водоема и сбор нефти и нефтепродуктов с последующей их утилизацией, отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений в отличие от прототипа осуществляют путем размыва донных отложений водовоздушной струей, поднятую на поверхность водоема и собранную нефтесодержащую смесь сепарируют на газ, сопутствующую воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции, газ сбрасывают в атмосферу, гидрофобные нефтяные фракции накапливают в нефтесборной емкости, а сопутствующую воду очищают от остатков нефтепродуктов нефтесорбирующими материалами и сбрасывают в очищаемый водоем.

Общими с прототипом существенными признаками являются отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, использование эрлифтного транспорта нефтесодержащей смеси на поверхность водоема, использование сужающего устройства для исключения вторичного загрязнения и направления нефтезагрязнений в транспортный канал, сбор нефтепродуктов в плавающую емкость для их последующей утилизации.

Существенными отличительными признаками являются размыв донных отложений с использованием водовоздушной струи, сепарирование нефтесодержащей смеси на газ, воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции, дополнительная очистка сопутствующей транспортной воды от остатков нефтепродуктов нефтесорбирующими материалами и возвращение воды обратно в очищаемый водоем. В результате цикличная работа установки становится непрерывной, резко повышается производительность при отсутствии вторичного загрязнения водоема.

На фиг. 1 приведена возможная схема установки для реализации способа очистки по изобретению.

Цифрами на схеме обозначены: 1 - нефтесборная емкость; 2 - водяной насос; 3 - воздушный эжектор; 4 - канал подачи водовоздушной смеси; 5 - эрлифтный канал; 6 - заборный колпак; 7 - воздухоотводящий патрубок; 8 - водоотводящий патрубок; 9 - гибкая труба; 10 - очистительный бассейн; 11 - нефтесорбирующее средство; 12 - переливная труба; 13 - патрубок слива очищенной воды; 14 - гидрозатвор; 15 - перегородка; 16 - отверстие для перетока воды; 17 - осаждающийся слой загрязнений; 18 - всплывающий слой загрязнений;

Установка для реализации способа очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов включает плавающую нефтесборную емкость, средство отделения нефтесодержащих загрязнений от донных отложений и флотации нефтесодержащих загрязнений, расширяющийся книзу заборный колпак 6, эрлифтный канал 5 транспортировки нефтесодержащих загрязнений, соединенный одним концом с узкой частью заборного колпака, другим концом входящий в плавающую нефтесборную емкость на высоту нефтесбора. Средство размыва и флотации нефтесодержащих загрязнений осуществлено в виде водяного насоса 2 с забором воды из водоема, выходной патрубок насоса оборудован воздушным эжектором 3 и соединен с каналом 4 подачи водовоздушной смеси. Нефтесборная емкость 1, принимающая эрлифтный поток с нефтесодержащей смесью, в верхней своей части оборудована воздухоотводящим патрубком 7, сообщенным с атмосферой, и водоотводящим патрубком 8, направляющим сопутствующую воду на доочистку. Водоотводящий патрубок 8 посредством гибкой трубы 9 сообщен с каскадом связанных между собой гибкими связями (на схеме не показаны) плавучих очистительных бассейнов 10. Каждый плавучий очистительный бассейн содержит нефтесорбирующее средство 11 и посредством гибкой переливной трубы 12 сообщен с последующим очистительным бассейном каскада, при этом последний очистительный бассейн оборудован патрубком 13 слива очищенной воды в водоем.

Заявленный способ допускает множество конструктивных воплощений. Нефтесборная емкость может быть установлена на плавающей платформе и транспортироваться маломерным судном. Каскад очистительных бассейнов представляет собой проточную для воды систему и может быть выполнен в виде последовательности плавающих поддонов с габаритами, обеспечивающими расчетную производительность. В качестве нефтесорбирующего средства могут применяться алюмосиликаты, торф, хлопкосодержащие сорбенты, поролон, растительные отходы и другие известные средства, в том числе содержащие микроорганизмы-деструкторы.

Поднявшись на поверхность водоема и попав в нефтесборную емкость (см. схему на фиг. 1), нефтесодержащие агломераты освобождаются от воздуха и опускаются на дно нефтесборной емкости, образуя тяжелый гидрофобный слой загрязнений 17. Здесь локализуются сгустки мазута, агломераты смолистых веществ с включениями песка и ила и т.п. Легкие гидрофобные фракции образуют слой 18, содержащий эмульсионную пену, керосин, растительную органику и т.п. Образующаяся пена, поступая в очистительные бассейны, снижает эффективность доочистки сопутствующей воды до требуемого уровня, поэтому в одном из вариантов конструктивного воплощения заявленного устройства нефтесборная емкость 1 со стороны водоотводящего патрубка 8 может быть оборудована гидрозатвором 14, для чего в ней выполнена вертикальная перегородка 15, имеющая отверстие 16 для перетока воды, расположенное выше осаждающегося слоя 17 и ниже всплывающего слоя 18 загрязнений.

Нефтесорбирующее средство 11 может быть заключено в сменные картриджи, например упаковано в водопроницаемые сетчатые мешки или пакеты, оперативно заменяемые по мере насыщения их нефтью и утраты сорбирующих свойств. Вода, сливаемая в водоем через патрубок 13, должна быть прозрачна и не иметь нефтяного запаха.

Канал 4 подачи водовоздушной смеси может быть выполнен как из жесткой телескопической трубы, так и из гибкого шланга. Для увеличения дальнобойности струи канал оборудуют конусной насадкой 19 по типу водовоздушной пушки.

На практике испытан и показал работоспособность заборный колпак 6, выполненный из плотной ткани типа брезента, закрепленной на легком каркасе. Эрлифтный канал 5 на участке от заборного колпака 6 до нефтесборной емкости 1 также может быть выполнен из плотной ткани в виде рукава, имеющего кольцевые распорки, что наряду с упомянутыми выше гибкими связями между очистительными бассейнами придает всей установке некоторую подвижность и увеличивает надежность работы.

Число плавучих очистительных бассейнов в каскаде дополнительной очистки воды не ограничено, и при достаточной мощности плавучего транспортного средства может быть выполнено в количестве, достаточном для очистки сопутствующей воды до уровня предельно допустимых концентраций.

Способ по изобретению осуществляют следующим образом (см. фиг. 1).

На водоеме, где будет проходить очистка донных отложений и воды от нефти и нефтепродуктов, производят сборку установки. После доставки установки к месту работ оператор определяет глубину на загрязненном участке. На транспортном судне (на схеме не показано) устанавливают водяной насос 2 с эжектором 3 и закрепляют на транце канал 4 подачи водовоздушной смеси. Нефтесборную емкость 1 посредством переливной трубы 12 соединяют с плавающими очистительными бассейнами 10. Очистительные бассейны заполняют нефтесорбирующим средством 11.

При запуске установки осуществляют холостую подачу водовоздушной смеси без размыва нефтяных загрязнений, вплоть до заполнения нефтесборной емкости водой, чтобы легкая гидрофобная фракция не поступала в водоотводящий патрубок, после чего опускают канал подачи водовоздушной смеси вместе с заборным колпаком на требуемую глубину, фиксируют эрлифтную установку над донными отложениями и начинают сбор нефтепродуктов. Струи воды, насыщенные воздухом, размывают донные отложения, при этом агрегаты нефти покрываются пузырьками воздуха, приобретают положительную плавучесть и в восходящем эрлифтном потоке через заборный колпак 6 и эрлифтный канал 5 поднимаются в нефтесборную емкость. В нефтесборной емкости происходит сепарация нефтесодержащей смеси на газ (воздух с летучими углеводородами), сопутствующую воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции. Воздух через воздухоотводящий патрубок 7 сбрасывают в атмосферу. Гидрофобные нефтяные фракции накапливают в нефтесборной емкости.

Сопутствующую воду через водоотводящий патрубок 8 направляют на дополнительную очистку нефтесорбирующим средством. Картриджи или упаковки по мере снижения сорбирующих свойств заменяют новыми, а отработанный сорбент отправляют на утилизацию. Сравнительно дешевым нефтесорбирующим средством является торф, который может быть заселен нефтеокисляющими микроорганизмами. Перспективно использование упаковок полиуретана: по расчетным данным 1 м3 полиуретановой крошки может адсорбировать приблизительно 700 кг нефти (www.o8ode.ru/article/answer/method/oil_water.htm). Увеличение количества плавающих очистительных бассейнов способствует повышению степени очистки воды от нефти.

О степени наполнения нефтесборной емкости нефтью судят по количеству нефтепродуктов, поступающих в водоотводящий патрубок 8. При резком увеличении содержания нефти в сопутствующей воде работу прекращают для смены или опорожнения заполненной нефтесборной емкости. Нефтесборную емкость транспортируют к береговой площадке и опорожняют, например, вакуумной откачкой.

Испытание предложенного способа проводилось в смоделированных условиях. Для этого создавали условия, когда нефть находится на поверхности донных отложений, как и при загрязнении водоемов нефтепродуктами в естественных условиях. На дно бассейна (аквариум емкостью 0,3 м3) помещали чистый сухой песок слоем 10 см. На поверхность песчаных отложений медленно выливали нефть слоем 0,5 см, что соответствовало техногенному загрязнению донных отложений в концентрации около 16 г/кг в пересчете на вес сухого песка, затем заливали слоем воды 9,8 см. Нефть оставляли на 30 суток для сорбции ее поверхностным слоем песка. Уровень воды поддерживали 9,8 см. По истечении 30 суток в бассейн медленно (во избежание размытия песка) наливали воду до уровня 40 см, что моделировало загрязнение водоема слоем 5 см на глубине 4 м. Нефть за счет связи с песком не всплывала на поверхность воды, а оставалась на дне.

В бассейн помещали модель аэрлифтной установки, нижний край которой размещали на расстоянии 3-5 см от слоя нефти. Для создания эрлифта использовали водяную помпу с воздушным эжектором.

При включении помпы происходит забор воды из аквариума и ее газирование, воздушные пузырьки, направляемые водовоздушной пушкой, покрывают слой нефти на дне. Через некоторое время наблюдается отделение от песка нефти в виде сгустков и пластов, подъем их по направляющему каналу и локализация в плавающей модели нефтесборной емкости (30×20×10 см) из прозрачного пластика. Заборный колпак эрлифтного канала, выполненный в форме усеченного конуса с большим диаметром 12 см, выполняет функцию зонтика, ограничивает выход нефти за пределы установки, что не приводит к загрязнению поверхности воды (на поверхности бассейна не появлялись радужные пятна). Сопутствующая вода, поступающая в емкость в виде эрлифтной нефтесмеси, направлялась через гидрозатвор в систему из 5-ти плавающих прямоугольных поддонов (20×10×10 см каждый) с перетоком воды, которые были заполнены сорбционным материалом. Для очистки воды испытаны синтепон, гранулированный поролон и торф.

После чистки дна аквариума были отобраны пробы донных отложений (3 пробы) и воды (3 пробы). Результаты количественного химического анализа показали, что после использования аэрлифтной установки содержание нефти в донных отложениях составляло от 0,84 до 1,05 г/кг, т.е. уменьшилось более чем в 2 раза по сравнению с прототипом. Содержание нефтепродуктов в сопутствующей воде после прохождения через систему очистительных поддонов составило в среднем 0,21 мг/дм3, что на 30% меньше ПДК для водоемов общесанитарного пользования. Степень очистки может быть повышена увеличением количества поддонов, что требует увеличения габаритов модельной установки.

1. Способ очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов, включающий отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, подъем нефтесодержащей смеси эрлифтным потоком на поверхность водоема и сбор нефти и нефтепродуктов с последующей их утилизацией, отличающийся тем, что отделение нефти и нефтепродуктов осуществляют путем размыва донных отложений водовоздушной струей, поднятую на поверхность водоема нефтесодержащую смесь сепарируют на газ, сопутствующую воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции, газ сбрасывают в атмосферу, гидрофобные нефтяные фракции отделяют от воды и накапливают в нефтесборной емкости, а сопутствующую воду с остатками нефтепродуктов очищают нефтесорбирующими материалами и сбрасывают в очищаемый водоем.

2. Установка для очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов, включающая плавающую нефтесборную емкость, средство размыва и флотации нефтесодержащих загрязнений, расширяющийся книзу заборный колпак, эрлифтный канал транспортировки нефтесодержащих загрязнений, соединенный одним концом с узкой частью заборного колпака, другим концом входящий в плавающую нефтесборную емкость на высоту нефтесбора, отличающаяся тем, что средство размыва и флотации нефтесодержащих загрязнений оборудовано водяным насосом, выходной патрубок которого снабжен воздушным эжектором и соединен с каналом подачи водовоздушной смеси, нефтесборная емкость в верхней своей части оборудована воздухоотводящим патрубком, сообщенным с атмосферой, и водоотводящим патрубком, посредством гибкой трубы сообщенным с каскадом связанных между собой гибкими связями плавучих очистительных бассейнов, каждый очистительный бассейн содержит нефтесорбирующее средство и посредством гибкой переливной трубы сообщен с последующим очистительным бассейном каскада, при этом последний очистительный бассейн оборудован патрубком слива очищенной воды в водоем.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что нефтесборная емкость со стороны водоотводящего патрубка оборудована гидрозатвором, для чего в ней выполнена вертикальная перегородка, имеющая отверстие для перетока сопутствующей воды, расположенное выше слоя тяжелых гидрофобных фракций нефтесодержащих загрязнений и ниже слоя легких гидрофобных фракций нефтесодержащих загрязнений.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что нефтесорбирующее средство упаковано в сменные водопроницаемые картриджи.

5. Установка по п.2, отличающаяся тем, что канал подачи водовоздушной смеси выполнен из гибкого шланга и на выходе оборудован конусной насадкой.

6. Установка по п.2, отличающаяся тем, что заборный колпак выполнен из плотной ткани, закрепленной на каркасе из легкого прочного материала.

7. Установка по п.2, отличающаяся тем, что эрлифтный канал на участке от заборного колпака до нефтесборной емкости выполнен из плотной ткани в виде рукава, имеющего кольцевые распорки.

8. Установка по п.2, отличающаяся тем, что каскад плавучих очистительных бассейнов выполнен в количестве, достаточном для очистки сливаемой воды до уровня ПДК по содержанию нефтепродуктов.

www.findpatent.ru

Состояние донных отложений нефтяного месторождения «Жемчужины», северный Каспий

Целью проводимых исследований являлась оценка физико-химических параметров донных отложений. Для характеристики донных отложений были исследованы следующие параметры - гранулометрический состав, органический углерод и редокс-потенциал, содержание углеводородов, фенолов и суммарные концентрации ПАУ, концентрации тяжелых металлов, а также проводился микробиологический анализ донных осадков.

Введение

Донные отложения представляют собой сложную многокомпонентную систему и играют чрезвычайно важную роль в формировании гидрохимического режима водных масс и функционировании экосистем водоемов и водотоков. Они активно участвуют в внутри водоемном круговороте веществ и энергии и являются средой обитания многочисленных групп животных организмов - бентоса [1].

Оценка физических характеристик морских отложений является полезным инструментом для интерпретации химических и биологических данных, получаемых в ходе изучения донной фауны. Частицы различных типов и размеров, особенно алевро-пелитовая фракция, могут адсорбировать углеводороды и определенные металлы, обеспечивая тем самым их перемещение и введение в донные отложения, и, возможно, попадание в пищевую цепь. Частицы могут также притягивать некоторые классы углеводородов в предпочтение другим из-за различий в растворимости и физическом состоянии [7, 8].

Контрактная территория «Жемчужины» расположена в центральной части казахстанского сектора Северного Каспия, в южной части Уральской Бороздины и объединяет 4 нефтяные структуры Хазар, Ауэзов, Нарын и Тулпар. Морские операции на участке «Жемчужины» начаты в 2006 году [2, 3].

Материалы и методы

Экологические исследования на участке «Жемчужины» были выполнены в соответствии с Постановлением Правительства Республики Казахстан от 18 апреля 2012 года

№ 480 об утверждении «Правил организации и проведения фоновых экологических исследований при проведении нефтяных операций в казахстанском секторе Каспийского моря» [5].

Методы отбора проб, консервации и анализа были выполнены в соответствии со стандартами и нормативно-техническими документами, принятыми в Республики Казахстан [14 - 24].

Оценка физико-химических параметров донных отложений нефтяного месторождения

«Жемчужины» проводилась по отчетным материалам осенних серий фоновых экологических исследований в 2014 году (ТОО «SED») [2], в 2006 году (ТОО «Казэкопроект») [3], а также Информационный бюллетень о состоянии окружающей среды Казахстанской части Каспийского моря, выпуск 3 (40) [4].

Для исследования физико-химических параметров донных отложений были привлечены испытательные лаборатории ТОО «Казэкоанализ», ТОО «Институт гидрогеологии и геоэкологии им. У.М. Ахмедсафина» и ТОО «SED».

Результаты исследований и их обсуждение

Преобладающим типом современных донных отложений северной части Каспийского моря является алеврит (песчаный ил, ил). Мощные отложения мягкого ила находятся в предустьевых районах, которые формируются наносами рек. Во всех грунтах имеется примеси битой и целой ракуши, а на некоторых участках она является основной составной частью донных осадков [6]. Донные отложения участка «Жемчужины» в основном, представлены, терригенно-карбонатными осадками. Карбонатная часть сложена, главным образом, остатками раковинного детрита различной степени сохранности, терригенная – частицами различной размерности [2]. Для определения механического состава донных осадков использовалась классификация механических элементов почв профессора Н.А. Качинского (1958 год) [23], согласно которой все фракции подразделяется по размерности на: грубообломочные частицы (крупнее 1,0 мм), песчаные частицы (1-0,05 мм), пылеватые частицы (0,05-0,001 мм), глинистые (илистые) частицы (<0,001 мм), пылевато-глинистые частицы (менее 0,05 мм). Сравнительный анализ гранулометрического состава донных отложений осенних серий представлен на рисунке - 1.

Рисунок -1. Сравнительный анализ гранулометрического состава донных отложений осень 2006 и 2014 гг. [2, 3]

Степень активности электронов, иначе говоря, окислительно-восстановительный потенциал донных осадков определялся в поверхностном слое на глубине 1 см и 4 см. Полевые показания окислительно-восстановительного потенциала (E0) были конвертированы в значения Eh (редокс-потенциал относительно водородного электрода) с помощью следующей формулы:

Eh = E0 + 203 – 0,76 (T-25)

где T – температура (в градусах Цельсия) осадка.

На глубине 1 см разброс этих значений составлял: 2006 г. – от - 307 до + 114 мВ [3], 2014 г. – от +115 до +355 мВ [2]. На глубине 4-см разброс этих значений составлял: 2006 г. – от - 265 до +110 мВ [3], – от -49 до +239 мВ [2]. В целом, в донных осадках в осенней серии исследований с 2006 по 2014 гг. условия среды варьируют от окислительных до восстановительных, что указывает на неустойчивый геохимический характер. На станциях с восстановительной средой в донных отложениях фиксируется запах сероводорода.

Органическое вещество играет важную роль в круговороте химических элементов в водной экосистеме. Оно имеет природный (продукты жизнедеятельности гидробионтов) и антропогенный генезис и оказывает существенное влияние на донные отложения. Органическое вещество в донных осадках − один из важнейших компонентов, определяющих их свойства. Количественное содержание органики в грунтах позволяет оценить трофность водоема и обеспеченность высших трофических уровней веществом и энергией  [9].  Содержание  органического  углерода  (Сорг)  в  донных  отложениях  участка «Жемчужины», во время проведения экологических исследований осенью 2014 году варьировались от 3570 до 14500 мг/кг при среднем значении - 11754 мг/кг [2].

По результатам осенних серий экологических исследований среднее содержание общей концентрации углеводородов (ОКУ) составило; в 2006 г. – 4,42 мг/кг [3], в 2014 г. – 0,3 мг/кг [2]. Для сравнения можно привести данные полученные по результатам исследований 1993- 2002 годов. В донных отложениях предустьевого взморья дельты Волги и мелководных районов Северного Каспия средняя концентрация НУ составляла 13,6 мкг/г сухого веса, что соответствует уровню их фонового содержания (от 2,81 до 18,56 мкг/г) в природно- территориальных комплексах российской части Каспийского моря в 2003 год [10].

Фенолы – гидроксильные производные ароматических углеводородов (летучие и нелетучие). Летучие фенолы более токсичны и обладают сильным запахом. Обычно в естественных условиях фенолы образуются в процессе метаболизма водных организмов, при биохимическом окислении органических веществ. Они являются распространенными загрязняющими веществами, поступающими в природные воды со сточными водами нефтеперерабатывающих и других предприятий [11]. Стоит отметить, что фенолы в водах Каспийского моря имеют биогенное происхождение [12]. Так содержание фенолов в донных осадках по результатам осенних сериях экологических исследований составляло по годам: в 2006 г. – в среднем 0,23 мг/кг [3], в 2014 г. в среднем 0,13 мг/кг [2].

Суммарные концентрации полиароматических углеводородов (ПАУ) изучались по 16- ти составляющим (нафталин, аценафтилен, флуорен, фенантрен, антрацен, флуорантен, пирен, бенз(а)-антрацен, хризен, бензо(b)флуорантен, бензо(k)флуорантен, бензо(a)-пирен, бензо(g,h,i)-перилен, дибенз(a,h)-антрацен и индено(1,2,3) пирен). По результатам осенней серий экологических исследований концентрации (ПАУ) составили; в 2014 году менее 0,0001 мг/кг [2]. Тогда как в 2006 году суммарная концентрация полиароматических углеводородов ПАУ составила 0,054 мг/кг, и была преимущественно представлена фракцией нафталин-фенантрен-дибензотиофен [3].

Микроэлементы-загрязнители в условиях морской среды имеют тенденцию к образованию комплексов с растворимыми минеральными веществами, такими как оксиды и гидроксиды железа и марганца, сульфиды металлов, органическое вещество и карбонаты. Металлы, ассоциированные с этими фазами, проникают в природные процессы взаимодействия и превращений (физические, химические и биологические), потенциально увеличивая свою биодоступность и биоусвояемость [13].

Распространение тяжелых металлов в донных осадках в той или иной степени зависят то различных фракционных составляющих, так по результатам осенней серии 2006 года в большей степени завесили от илистых фракции, а вот осенью 2014 года металл были приурочены к пылевато-глинистым фракция.

Сопоставление  средних  величин концентраций  металлов на  участке «Жемчужины» представлены в таблице -1.

Проводя сравнительный анализ данных экологических исследований осенних серий 2006 – 2014 годов следует отметить, что концентрация тяжелых металлов в образцах донных отложений участка «Жемчужины» не имеют, четкой тенденции в сторону увеличения или уменьшения концентраций ряда металлов.

Таблица - 1 Сопоставление средних величин концентраций металлов на участке «Жемчужины» в осенней серии с 2006 по 2014 г. (мг/кг) [2, 3, 4]

 

Количественный и качественный состав микрофлоры, распространенной в районе блока «Жемчужины», является характерным для Северного Каспия в этот период года. По результатам осенних серий экологических исследований проводимых в 2006 г., и 2014 г., доминирующее положение занимали гетеротрофные организмы, а остальные виды микроорганизмов были представлены в виде субдоминантов. Сопоставление средних величин микроорганизмов на участке «Жемчужины» представлены в таблице-2.

 Таблица    2    -    Сопоставление   средних    величин   микроорганизмов    на    участке «Жемчужины» в осенней серии с 2006 по 2014 г. (мг/кг) [2, 3]

 

Заключение

В целом, полученные данные при фоновых исследованиях осенью 2014 года, были в пределах ранее зарегистрированных значений осенней серии 2006 года и, следовательно, были типичными для Северо-Восточного Каспия. Вариации большинства параметров донных отложений наблюдались между станциями, но явных временных или сезонных закономерностей не выявлено. Изменчивость данных по донным отложениям может указывать на неоднородность условий морского дна между фоновыми станциями, а отмеченные различия обусловлены главным образом составом донных отложений.

 

Литература 

  1. Райнина В. Н., Виноградовой Г.Н.// Техногенное загрязнение речных экосистем - М.: Научный мир, 2002. – 140 с.
  2. Фоновые экологические исследования на участке «Жемчужины», осенняя серия 2014 г. (ТОО «SED»).
  3. Фоновые экологические исследования на участке «Жемчужины», осенняя серия 2006г. (ТОО «Казэкопроект»).
  4. Информационный бюллетень о состоянии окружающей среды Казахстанской части Каспийского моря, выпуск 3 (40).
  5. Постановлением Правительства Республики Казахстан от 18 апреля 2012 года №480   об    утверждении   «Правил   организации   и    проведения   фоновых   экологических исследований при проведении нефтяных операций в казахстанском секторе Каспийского моря».
  6. Бухарицин П.И. Влияние дрейфующих льдов на формирование рельефа дна и состава донных отложений мелководных районов Северного Каспия // Геология, география и глобальная энергия 2010 №2 (37).
  7. Boehm P.D., Quinn J.G. Benthic Hydrocarbons of Rhode Island Sound // Estuarine and Coastal Marine Science №6, 1978, 471 to 494
  8. Meyers A., Oas T.G. Comparison of Associations of Different Hydrocarbons with Clay Particles in Simulated Seawater // Environmental Science and Technology №12, 1978, 394 to 397.
  9. Соколова М.Н. О связи трофических группировок глубоководного макробентоса с составом донных осадков // Океанология. Т. VIII. Вып. 2. С. 179-191.
  10. Буркацкий О.Н., Шельтинг С.К., Шейков А.А., Курганская В.В., Кузнецова Т.И., Чаленко В.А. Использование ландшафтного картирования для морских экологических исследований. - Проблемы сохранения экосистемы Каспия в условиях освоения нефтегазовых месторождений // Тез.докл. 1-ой Международной научно-практической конференции 16-18 февраля 2005 г., Астрахань., Из-во КаспНИРХ, Астрахань, 2005, с.37-45.
  11. Макарова Е. «Каспий море раздора» // 25 апреля, 2003 год.
  12. Обухова О.В., Светашёва Д.Р. Загрязнение нефтепродуктами акватории северного Каспия // Вестник АГТУ 2011 №1 (51).
  13. Tessier , Campbell PGC., Bisson M. Sequential Extraction Procedure for the Speciation of Particulate Trace Metals // Analytical Chemistry, №51, 1979, 844 to 851.
  14. М-02-902-125-2005. Методика количественного химического анализа. Определение As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Sn, Zn (кислоторастворимые формы) в почвах и донных отложениях атомно-абсорбционным методом.
  15. ПНД Ф 16.1:2.21-98. Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв и грунтов флуориметрическим методом с использованием анализатора жидкости «Флюорат-02».
  16. ISO 5667-12-2004. Качество воды. Отбор проб. Часть Руководство по отбору проб донных отложений.
  17. ISO 5667-15-2009. Качество воды. Отбор проб. Часть 15. Руководство по консервации и обработке проб осадков и донных отложений.
  18. ISO 5667-19-2004. Качество воды. Отбор проб. Часть Руководство по отбору проб морских отложений.
  19. ГОСТ 1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность.
  20. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений под редакцией В.А. Абакумова. «Метод предельных разведений».
  21. ИСО 18287-2006 «Качество почв – определение полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) – метод газовой хроматографии с масс-спектрометрическим определением (ГХ-МС)».
  22. 07.00.00608-2006 «Флюрометрический метод»
  23. СТ РК 1273-2004 Грунты «Методы лабораторного определения зернового (гранулометрического) состава», классификация механических элементов почв (Н.А. Качинский, 1958).
  24. ГОСТ 26213-91 «Методы определения органического вещества».

Фамилия автора: Сейдазимов Ж.Е.,  Еликбаев Б.К.

articlekz.com

Донное отложение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Донное отложение

Cтраница 1

Донные отложения возникают в нижней части труб в большинстве случаев при транспортировке неочищенной воды, содержащей грубую взвесь. Они характерны для труб, по которым вода движется с небольшими скоростями. Донные отложения может вызвать гидроксид железа ( III), который в периоды малого расхода воды отлагается в трубах, уплотняется и цементируется.  [1]

Донные отложения на участке переходов представлены в основном песком, супесью и суглинком. Диаметр фракций для супесчаных грунтов в среднем составляет 0 12 мм, а для песчаных - 0 36 мм. Наблюдения за взвешенными наносами показали, что сток их в течение года распределяется неравномерно. Годовой сток взвешенных наносов составляет 98 % общего объема наносов, транспортируемых рекой.  [2]

Донные отложения совершенно тальны.  [3]

Донные отложения представлены аллювиально-морскими песчано-глинистыми осадками. Следующая пачка отложений верхнего плейстоцена ( 15 - 25 м) характеризуется преимущественно песчаным составом. Венчают разрез современные отложения мощностью от десятков сантиметров до нескольких метров.  [4]

Донные отложения всегда предельно насыщены водой и потому намного подвижнее, чем субаэральные. Еще в древности предполагали, что оползни под водой должны быть более широко распространенным явлением, чем на суше.  [5]

Донные отложения в озерах, не имеющих круглогодичную рапу, выщелачивают в период дождей и паводков с отстаиванием и концентрированием. Для этого используют специальные части озера или соседней котловины; дальнейшую переработку ведут в специальных бассейнах.  [6]

Донные отложения, навеска в 10 г после отстаивания ( жидкость сливается сифоном) подсушиваются, затем озоляются в муфельной печи и поступают для измерения и а-активности.  [7]

Донные отложения могут несколько отличаться по составу и биологической активности. В иле часто присутствуют сульфатвосстанавливающие бактерии. Следует ожидать, что отсутствие окислительных агентов должно приводить к локальной потере пассивности и в результате к питтинговой и щелевой коррозии. Так и происходит в действительности. Как видно из табл. 19 ( испытания в Тихом океане у побережья Калифорнии), в большинстве случаев наблюдается примерно одинаковое коррозионное поведение сплава в июле и в расположенных непосредственно над ним слоях воды.  [8]

Донные отложения таких водоемов богаты органическими веществами; разложение их при высокой температуре усиливает недостаток растворенного в воде кислорода.  [10]

Донные отложения нефтепродуктов удаляются еще более медленно и становятся источником вторичного загрязнения воды.  [11]

Донные отложения содовых озер заключают карбонаты натрия. Для определения карбонат - и бикарбонат-ионов навеску соли подвергают выщелачиванию холодной водой, отделяют нерастворимый остаток и в водной вытяжке определяют карбонат-и бикарбонат-ионы так, как выше описано для рассолов.  [12]

Донные отложения исследованных водоемов практически не загрязнены нефтепродуктами - содержание данного компонента значительно ниже фонового содержания для нефтедобывающих районов.  [13]

Аналогично донным отложениям, почва является местом накопления ПАУ в результате глобального переноса и поступления из антропогенных источников.  [14]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

СПОСОБ ОЧИСТКИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДОЕМОВ ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для использования на природных и искусственных водоемах, дно которых загрязнено нефтью и нефтепродуктами.

Известен способ очистки донных отложений обезвоживанием суспензии донных отложений и воды и трехкратной термообработкой осадка горячей водой при 80°С в течение 24 часов с дальнейшей аэробной биологической очисткой (патент РФ №2246451 С1, МПК С02F 11/02, 16.09.2003).

Известен также способ очистки донных отложений нефтешламовых накопителей (патент РФ №2309128 С1, МПК C02F 11/16, 26.02.2006), где осадок непосредственно в накопителе смешивают с известковым материалом, а затем смесь из накопителя направляют на сушку в естественных условиях до 30-40 % влажности. Далее смесь подвергают анаэробной биологической обработке.

Недостатком известных способов является высокая стоимость очистки донных отложений за счет необходимости изъятия отложений для очистки из водного объекта. Данные способы практически не реализуемы на природных водных объектах.

Известен способ очистки воды водоемов и донных отложений от загрязнений нефтью и нефтепродуктами (патент РФ №2260652 С1, МПК Е02В 15/04, С02F 1/28, 2005), который предусматривает аэрацию воды и флотацию донных отложений. На поверхности воды размещают активные боны, выполненные в виде матов из хлопчатобумажной или синтетической ткани, заполненных очищающим составом, которыми огораживают всплывающие загрязнения. В результате принудительной аэрации и активации углеводородокисляющих микроорганизмов очищающим составом активных бонов происходит окисление нефти и нефтепродуктов.

Недостатком данного способа очистки донных отложений является размытие донных отложений, которые вызывают увеличение содержания нефти в воде, вторичное загрязнение водоема нефтепродуктами и неконтролируемое передвижение нефти и нефтепродуктов в толще воды и на поверхности водного объекта, особенно при наличии течения, что малоэффективно и неприменимо на водных объектах, имеющих рыбохозяйственное значение. Степень очистки воды недостаточна, при сильном загрязнении дна водоема слоем нефтепродуктов активные боны быстро загрязняются нефтью и теряют очищающие свойства.

Ближайшим аналогом предлагаемого решения является способ очистки донных отложений водоемов от нефти и/или нефтепродуктов (патент РФ №2381994, C02F 1/40, B09C 1/00), включающий механическое разрушение придонного слоя с помощью вибраторов придонного блока очистки, которые погружают в донные отложения. Механическими колебаниями вибраторов вызывают отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, одновременно осуществляют подачу сжатого воздуха, который перемещает водовоздушную смесь и загрязнения в сужающуюся верхнюю часть придонного блока, выполненного в виде перевернутой пирамиды. Загрязнения подхватывают эрлифтным потоком, поднимают на поверхность водоема и собирают в плавающую емкость-отстойник. Способ выбран за прототип.

Недостатком данного способа, не позволяющим достичь желаемого технического результата, является малая объемная производительность очистки воды от нефти и нефтепродуктов и недостаточная степень очистки. Это вызвано тем, что в приемную емкость-отстойник поступает нефтесодержащая смесь с достаточно низким содержанием загрязнений, которые могут составлять всего несколько процентов от объема сопутствующей воды. Как известно, ПДК воды по нефти составляет 0,1 мг/л, а для рыбохозяйственных водоемов - вдвое меньше (Требования СанПИН 2.1.4.1074-01). Вода, отстоянная в отстойнике, не является чистой, и может вновь поступать в водоем. Недостатком способа-прототипа является и невозможность погружения механических вибраторов в плотные донные отложения - каменистые, глинистые, скалистые, что существенно ограничивает применение известного способа очистки.

Технической задачей изобретения является повышение объемной производительности очистки воды и донных отложений от нефти и нефтепродуктов, увеличение степени очистки воды и уменьшение вторичного загрязнения водоема.

Технический результат достигается следующим образом.

В способе очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов, включающем отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, подъем нефтесодержащей смеси эрлифтным потоком на поверхность водоема и сбор нефти и нефтепродуктов с последующей их утилизацией, отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений в отличие от прототипа осуществляют путем размыва донных отложений водовоздушной струей, поднятую на поверхность водоема и собранную нефтесодержащую смесь сепарируют на газ, сопутствующую воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции, газ сбрасывают в атмосферу, гидрофобные нефтяные фракции накапливают в нефтесборной емкости, а сопутствующую воду очищают от остатков нефтепродуктов нефтесорбирующими материалами и сбрасывают в очищаемый водоем.

Общими с прототипом существенными признаками являются отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, использование эрлифтного транспорта нефтесодержащей смеси на поверхность водоема, использование сужающего устройства для исключения вторичного загрязнения и направления нефтезагрязнений в транспортный канал, сбор нефтепродуктов в плавающую емкость для их последующей утилизации.

Существенными отличительными признаками являются размыв донных отложений с использованием водовоздушной струи, сепарирование нефтесодержащей смеси на газ, воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции, дополнительная очистка сопутствующей транспортной воды от остатков нефтепродуктов нефтесорбирующими материалами и возвращение воды обратно в очищаемый водоем. В результате цикличная работа установки становится непрерывной, резко повышается производительность при отсутствии вторичного загрязнения водоема.

На фиг. 1 приведена возможная схема установки для реализации способа очистки по изобретению.

Цифрами на схеме обозначены: 1 - нефтесборная емкость; 2 - водяной насос; 3 - воздушный эжектор; 4 - канал подачи водовоздушной смеси; 5 - эрлифтный канал; 6 - заборный колпак; 7 - воздухоотводящий патрубок; 8 - водоотводящий патрубок; 9 - гибкая труба; 10 - очистительный бассейн; 11 - нефтесорбирующее средство; 12 - переливная труба; 13 - патрубок слива очищенной воды; 14 - гидрозатвор; 15 - перегородка; 16 - отверстие для перетока воды; 17 - осаждающийся слой загрязнений; 18 - всплывающий слой загрязнений;

Установка для реализации способа очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов включает плавающую нефтесборную емкость, средство отделения нефтесодержащих загрязнений от донных отложений и флотации нефтесодержащих загрязнений, расширяющийся книзу заборный колпак 6, эрлифтный канал 5 транспортировки нефтесодержащих загрязнений, соединенный одним концом с узкой частью заборного колпака, другим концом входящий в плавающую нефтесборную емкость на высоту нефтесбора. Средство размыва и флотации нефтесодержащих загрязнений осуществлено в виде водяного насоса 2 с забором воды из водоема, выходной патрубок насоса оборудован воздушным эжектором 3 и соединен с каналом 4 подачи водовоздушной смеси. Нефтесборная емкость 1, принимающая эрлифтный поток с нефтесодержащей смесью, в верхней своей части оборудована воздухоотводящим патрубком 7, сообщенным с атмосферой, и водоотводящим патрубком 8, направляющим сопутствующую воду на доочистку. Водоотводящий патрубок 8 посредством гибкой трубы 9 сообщен с каскадом связанных между собой гибкими связями (на схеме не показаны) плавучих очистительных бассейнов 10. Каждый плавучий очистительный бассейн содержит нефтесорбирующее средство 11 и посредством гибкой переливной трубы 12 сообщен с последующим очистительным бассейном каскада, при этом последний очистительный бассейн оборудован патрубком 13 слива очищенной воды в водоем.

Заявленный способ допускает множество конструктивных воплощений. Нефтесборная емкость может быть установлена на плавающей платформе и транспортироваться маломерным судном. Каскад очистительных бассейнов представляет собой проточную для воды систему и может быть выполнен в виде последовательности плавающих поддонов с габаритами, обеспечивающими расчетную производительность. В качестве нефтесорбирующего средства могут применяться алюмосиликаты, торф, хлопкосодержащие сорбенты, поролон, растительные отходы и другие известные средства, в том числе содержащие микроорганизмы-деструкторы.

Поднявшись на поверхность водоема и попав в нефтесборную емкость (см. схему на фиг. 1), нефтесодержащие агломераты освобождаются от воздуха и опускаются на дно нефтесборной емкости, образуя тяжелый гидрофобный слой загрязнений 17. Здесь локализуются сгустки мазута, агломераты смолистых веществ с включениями песка и ила и т.п. Легкие гидрофобные фракции образуют слой 18, содержащий эмульсионную пену, керосин, растительную органику и т.п. Образующаяся пена, поступая в очистительные бассейны, снижает эффективность доочистки сопутствующей воды до требуемого уровня, поэтому в одном из вариантов конструктивного воплощения заявленного устройства нефтесборная емкость 1 со стороны водоотводящего патрубка 8 может быть оборудована гидрозатвором 14, для чего в ней выполнена вертикальная перегородка 15, имеющая отверстие 16 для перетока воды, расположенное выше осаждающегося слоя 17 и ниже всплывающего слоя 18 загрязнений.

Нефтесорбирующее средство 11 может быть заключено в сменные картриджи, например упаковано в водопроницаемые сетчатые мешки или пакеты, оперативно заменяемые по мере насыщения их нефтью и утраты сорбирующих свойств. Вода, сливаемая в водоем через патрубок 13, должна быть прозрачна и не иметь нефтяного запаха.

Канал 4 подачи водовоздушной смеси может быть выполнен как из жесткой телескопической трубы, так и из гибкого шланга. Для увеличения дальнобойности струи канал оборудуют конусной насадкой 19 по типу водовоздушной пушки.

На практике испытан и показал работоспособность заборный колпак 6, выполненный из плотной ткани типа брезента, закрепленной на легком каркасе. Эрлифтный канал 5 на участке от заборного колпака 6 до нефтесборной емкости 1 также может быть выполнен из плотной ткани в виде рукава, имеющего кольцевые распорки, что наряду с упомянутыми выше гибкими связями между очистительными бассейнами придает всей установке некоторую подвижность и увеличивает надежность работы.

Число плавучих очистительных бассейнов в каскаде дополнительной очистки воды не ограничено, и при достаточной мощности плавучего транспортного средства может быть выполнено в количестве, достаточном для очистки сопутствующей воды до уровня предельно допустимых концентраций.

Способ по изобретению осуществляют следующим образом (см. фиг. 1).

На водоеме, где будет проходить очистка донных отложений и воды от нефти и нефтепродуктов, производят сборку установки. После доставки установки к месту работ оператор определяет глубину на загрязненном участке. На транспортном судне (на схеме не показано) устанавливают водяной насос 2 с эжектором 3 и закрепляют на транце канал 4 подачи водовоздушной смеси. Нефтесборную емкость 1 посредством переливной трубы 12 соединяют с плавающими очистительными бассейнами 10. Очистительные бассейны заполняют нефтесорбирующим средством 11.

При запуске установки осуществляют холостую подачу водовоздушной смеси без размыва нефтяных загрязнений, вплоть до заполнения нефтесборной емкости водой, чтобы легкая гидрофобная фракция не поступала в водоотводящий патрубок, после чего опускают канал подачи водовоздушной смеси вместе с заборным колпаком на требуемую глубину, фиксируют эрлифтную установку над донными отложениями и начинают сбор нефтепродуктов. Струи воды, насыщенные воздухом, размывают донные отложения, при этом агрегаты нефти покрываются пузырьками воздуха, приобретают положительную плавучесть и в восходящем эрлифтном потоке через заборный колпак 6 и эрлифтный канал 5 поднимаются в нефтесборную емкость. В нефтесборной емкости происходит сепарация нефтесодержащей смеси на газ (воздух с летучими углеводородами), сопутствующую воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции. Воздух через воздухоотводящий патрубок 7 сбрасывают в атмосферу. Гидрофобные нефтяные фракции накапливают в нефтесборной емкости.

Сопутствующую воду через водоотводящий патрубок 8 направляют на дополнительную очистку нефтесорбирующим средством. Картриджи или упаковки по мере снижения сорбирующих свойств заменяют новыми, а отработанный сорбент отправляют на утилизацию. Сравнительно дешевым нефтесорбирующим средством является торф, который может быть заселен нефтеокисляющими микроорганизмами. Перспективно использование упаковок полиуретана: по расчетным данным 1 м3 полиуретановой крошки может адсорбировать приблизительно 700 кг нефти (www.o8ode.ru/article/answer/method/oil_water.htm). Увеличение количества плавающих очистительных бассейнов способствует повышению степени очистки воды от нефти.

О степени наполнения нефтесборной емкости нефтью судят по количеству нефтепродуктов, поступающих в водоотводящий патрубок 8. При резком увеличении содержания нефти в сопутствующей воде работу прекращают для смены или опорожнения заполненной нефтесборной емкости. Нефтесборную емкость транспортируют к береговой площадке и опорожняют, например, вакуумной откачкой.

Испытание предложенного способа проводилось в смоделированных условиях. Для этого создавали условия, когда нефть находится на поверхности донных отложений, как и при загрязнении водоемов нефтепродуктами в естественных условиях. На дно бассейна (аквариум емкостью 0,3 м3) помещали чистый сухой песок слоем 10 см. На поверхность песчаных отложений медленно выливали нефть слоем 0,5 см, что соответствовало техногенному загрязнению донных отложений в концентрации около 16 г/кг в пересчете на вес сухого песка, затем заливали слоем воды 9,8 см. Нефть оставляли на 30 суток для сорбции ее поверхностным слоем песка. Уровень воды поддерживали 9,8 см. По истечении 30 суток в бассейн медленно (во избежание размытия песка) наливали воду до уровня 40 см, что моделировало загрязнение водоема слоем 5 см на глубине 4 м. Нефть за счет связи с песком не всплывала на поверхность воды, а оставалась на дне.

В бассейн помещали модель аэрлифтной установки, нижний край которой размещали на расстоянии 3-5 см от слоя нефти. Для создания эрлифта использовали водяную помпу с воздушным эжектором.

При включении помпы происходит забор воды из аквариума и ее газирование, воздушные пузырьки, направляемые водовоздушной пушкой, покрывают слой нефти на дне. Через некоторое время наблюдается отделение от песка нефти в виде сгустков и пластов, подъем их по направляющему каналу и локализация в плавающей модели нефтесборной емкости (30×20×10 см) из прозрачного пластика. Заборный колпак эрлифтного канала, выполненный в форме усеченного конуса с большим диаметром 12 см, выполняет функцию зонтика, ограничивает выход нефти за пределы установки, что не приводит к загрязнению поверхности воды (на поверхности бассейна не появлялись радужные пятна). Сопутствующая вода, поступающая в емкость в виде эрлифтной нефтесмеси, направлялась через гидрозатвор в систему из 5-ти плавающих прямоугольных поддонов (20×10×10 см каждый) с перетоком воды, которые были заполнены сорбционным материалом. Для очистки воды испытаны синтепон, гранулированный поролон и торф.

После чистки дна аквариума были отобраны пробы донных отложений (3 пробы) и воды (3 пробы). Результаты количественного химического анализа показали, что после использования аэрлифтной установки содержание нефти в донных отложениях составляло от 0,84 до 1,05 г/кг, т.е. уменьшилось более чем в 2 раза по сравнению с прототипом. Содержание нефтепродуктов в сопутствующей воде после прохождения через систему очистительных поддонов составило в среднем 0,21 мг/дм3, что на 30% меньше ПДК для водоемов общесанитарного пользования. Степень очистки может быть повышена увеличением количества поддонов, что требует увеличения габаритов модельной установки.

edrid.ru

способ биологической очистки донных отложений от нефти и нефтепродуктов - патент РФ 2357929

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к способам очистки донных отложений водоемов и водотоков, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, а также донных отложений шламовых амбаров и резервуаров сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий. Способ включает сбор жидкой фракции нефти, помещение на дно водоема малощетинковых червей семейства Tubificidae в количестве от 20 до 65 г/м2, создание уровня концентрации растворенного кислорода в придонных слоях воды путем аэрации водоемов с использованием аэрирующих устройств и одновременно внесение азотных и фосфорных минеральных удобрений. Изобретение позволяет увеличить степень очистки при одновременном упрощении способа. 1 табл.

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к способам очистки донных отложений водоемов и водотоков, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, а также донных отложений шламовых амбаров и резервуаров сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий.

Известен способ очистки донных отложений (патент РФ 2246451, МПК 7 C02F 11/02). Очистку донных отложений осуществляют обезвоживанием суспензии донных отложений и воды и термообработкой осадка горячей водой при 80°С в течение 24 часов (3 раза). Затем проводят анаэробную биологическую очистку при температуре 20-25°С в течение 20 суток, аэробную стабилизацию в присутствии воздуха при 20-30°С в течение 24 часов. После биологической очистки осадок смешивают с грунтом и опилками в соотношении 1:1:1 и подвергают аэробной доочистке бактериальной биомассой. Остаточная концентрация углеводородов нефти в полученной смеси от 0,26 мас.% (2,6 г/кг) до 0,71 мас.% (7,1 г/кг).

Недостатками способа являются необходимость извлечения загрязненных донных отложений из водоема, необходимость строгого соблюдения температурного режима при очистке, образование смеси очищенных донных отложений с грунтом и опилками, которая нуждается в дальнейшем размещении, что приводит к усложнению процесса очистки.

Известен способ очистки воды водоемов и донных отложений от загрязнений нефтью и нефтепродуктами (патент РФ 2260652, МПК 7 Е02В 15/04, C02F 1/28). Для очистки воды водоемов размещают на поверхности воды активные боны, которые выполнены в виде матов из хлопчатобумажной или синтетической ткани и заполнены очищающим составом из алюмосиликатов, органических веществ и минеральных удобрений. В процессе очистки производят флотацию донных отложений. Способ позволяет проводить очистку донных отложений от нефти до ее остаточной концентрации 2,6 г/кг.

Основным недостатком способа является отсутствие прямого очищающего воздействия на донные отложения, а следовательно, недостаточно высокая интенсивность биодеструкции нефти в.донных отложениях. Данный способ подразумевает, в основном, сбор нефти, флотированной со дна на поверхность водоема, и последующую очистку поверхностного и приповерхностного слоев воды.

Основной технической задачей настоящего изобретения является разработка экологически безопасного и технологически простого метода биологической очистки нефтезагрязненных донных отложений водоемов и водотоков, а также донных отложений шламовых амбаров и резервуаров сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий без извлечения отложений из водного объекта. Способ позволяет увеличить степень очистки и обеспечить остаточное содержание нефти и нефтепродуктов в донных отложениях не более 1,0 г/кг.

Основная техническая задача достигается тем, что в способе биологической очистки донных отложений с использованием червей семейства Tubificidae, включающем аэрацию и/или флотацию донных отложений и внесение минеральных удобрений, согласно предложенному решению, после предварительного сбора жидкой фракции нефти на дно водоема помещают малощетинковых червей семейства Tubificidae в количестве от 20 до 65 г/м2 и одновременно вносят азотные и фосфорные минеральные удобрения, причем концентрация фосфора в воде составляет в пределах 0,5-1,5 мг/дм3, а азота не более 2 мг/дм 3.

Способ осуществляется следующим образом: на дно водоема, с которого предварительно собрана жидкая фракция нефти, вносятся малощетинковые черви семейства Tubificidae в количестве от 20 до 65 г/м2 (в зависимости от исходного уровня загрязнения и типа донных отложений). Для активизации аборигенной микрофлоры, которая, с одной стороны участвует в деструкции нефти, а, с другой стороны, является пищей для червей, вносятся азотные и фосфорные минеральные удобрения. Необходимо поддерживать концентрацию фосфора в воде в пределах 0,5-1,5 мг/дм 3. Концентрация азота в воде должна составлять не более 2 мг/дм3, что обусловлено нормативами предельно-допустимых концентраций химических веществ для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

Для жизнедеятельности червей поддерживается концентрация растворенного кислорода в придонных слоях воды не менее 5 мг/л путем аэрации водоемов с использованием аэрирующих устройств. Аэрацию начинают не ранее чем через 24 часа после внесения червей. Из семейства Tubificidae использовались Limnodrilus hoffmeisteri и Tubifex tubifex, которые являются одними из наиболее распространенных и многочисленных видов. Обладая исключительно высокой экологической пластичностью, они населяют все пресноводные объекты. Эти черви встречаются на различных грунтах и глубинах, при различной концентрации кислорода. Проникая в глубь донных отложений, черви разрыхляют их. Поедая грунт из более глубоких слоев черви в процессе дефекации выбрасывают его на поверхность дна, тем самым также разрыхляя ее. Перемешивание донных отложений вследствие жизнедеятельности роющих организмов (биотрубация) обусловливает трансформацию различных соединений и их активное перемещение по профилю отложений, что также влияет на процессы обмена веществом между донными отложениями и водой. При реализации предложенного способа очистки нет необходимости в регулировании температурного режима, так как представители семейства Tubificidae являются обычными обитателями водоемов, в том числе в регионах с умеренным и бореальным климатом. Длительность цикла очистки составляет от 30 суток до достижения остаточной концентрации нефтепродуктов в донных отложениях менее 1,0 г/кг.

Пример 1. Проводили эксперимент по исследованию возможности использования червей семейства Tubificidae в биологической очистке донных отложений от нефти и нефтепродуктов с Limnodrilus hoffmeisteri Claparede, 1862. Длительность эксперимента составляла 30-90 суток от начала культивирования червей. В качестве субстрата для червей использовался озерный ил и смесь ила с песком в соотношении 1:1.

Гомогенизированный ил сметанообразной консистенции (400 г) равномерно распределяется по дну аквариума, загрязнялся нефтью в концентрациях 0,836-16,720 г/кг донных отложений (в пересчете на воздушно-сухой вес) и тщательно перемешивался лопаткой в течение 5 минут. Загрязненный ил находился в аквариумах в течение 7 суток для прохождения процессов сорбции нефти частицами ила; проводилось ежедневное перемешивание ила в течение 5 минут. Через 7 суток после загрязнения ила заливалось 3 литра водопроводной воды. В каждый аквариум вносили минеральные удобрения - аммиачную селитру и суперфосфат. Аквариумы аэрировались 15-17 часов в сутки. Средняя температура в аквариумах составила 23,8±0,2°С; содержание кислорода 7-8 мг/л. В одни из аквариумов помещали 0,46 г или 1,5 г взрослых Limnodrilus hoffmeisteri (20 и 65 г/м 2 соответственно), другие оставляли без червей.

В аквариумах, где черви не культивировались, по результатам измерений средняя толщина слоя ила составила 12,10±0,11 мм. В аквариумах с червями толщина слоя ила визуально отличалась и была больше - 19,83±0,15. Толщина слоя в аквариумах с червями достоверно отличалось от слоя в аквариумах без червей (t-критерий Стьюдента, р<0.001). Лимнодрилусы выживали при высоких концентрациях нефти. Во всех аквариумах с червями было обнаружено большое количество молоди лимнодрилусов (тысячи экземпляров). В таблице приведены экспериментальные данные по концентрации нефти и нефтепродуктов в донных отложениях для ила и ила с песком (1:1) при разном количестве червей семейства Tubificidae

Таблица 1
Тип донных отложений Навеска червей, г/м2 Исходная концентрация нефтепродуктов в донных отложениях (в пересчете на сухой вес), г/кг Концентрация нефтепродуктов в донных отложениях через 30 суток Конечная концентрация нефтепродуктов вдонных отложениях (через 90 суток), г/кг
Ил 200,836 0,300,18
6,688 1,840,66
16,72 5,120,98
65 0,836 0,300,19
6,688 1,650,53
16,720 4,380,84
Ил с песком (1:1) 200,755 0,470,39
5,94 2,310,80
14,97 7,340,99
65 0,755 0,550,37
5,94 2,000,68
14,97 5,820,95

Таким образом, из таблицы видно, что в результате жизнедеятельности червей концентрация нефти в донных отложениях снижалась в 1,9-19,9 раз (в зависимости от исходного уровня загрязнения, навески червей и типа донных отложений) и составляла не более 1,0 г/кг при длительности очистки 90 суток. Кроме того, при реализации способа нет необходимости в регулировании температурного режима, так как представители семейства Tubificidae являются обычными обитателями водоемов, в том числе в регионах с умеренным и бореальным климатом.

Пример 2. Проводили очистку водоема площадью 1,7 га со средней глубиной 1,5 м в условиях севера Западной Сибири. Среднее содержание нефтепродуктов в донных отложениях до начала очистки составляло 81,4 г/кг. Донные отложения водоема были представлены супесчаными илами.

В ходе проведения первого этапа очистных работ проводили отделение нефти от донных отложений путем флотации с использованием флотатора, соединенного с блоком подачи водовоздушной смеси и снабженного гибким трубопроводом, соединяющим флотатор с плавающей емкостью-отстойником. В результате флотационной очистки дна содержание нефтепродуктов в донных отложениях снизилось в 7,4 раза и в среднем составило 11,0 г/кг.

После сбора нефти с донных отложений на дно водоема помещали червей семейства Tubificidae (Limnodrilus sp.) в количестве 30 г/м2. Навеска червей на 1 га составила 300 кг, а на весь водоем - 510 кг.

Для интенсификации микробной деструкции нефти на всей акватории водоема осуществлялась аэрация при помощи аэратора абсолютной производительностью 12 кг О 2/час, мощностью 11 кВт.

Таким образом, обеспечивали концентрацию растворенного кислорода не менее 8 мг/дм3.

Для поддержания концентраций биогенных веществ в воде на оптимальном уровне вносили минеральные удобрения. Начальное содержание ионов аммония в воде в среднем составляло 0,25 мг/дм3, а содержание ионов нитрата 0,2 мг/дм3, что в пересчете на свободный азот в среднем составляет 0,12 мг/дм3. Необходимая доза аммиачной селитры для достижения концентрации азота 2,0 мг/дм3 составила 80,5 кг/га или 136,9 кг на весь водоем. Концентрация фосфат-ионов в воде составляла 0,5 мг/дм3. Чтобы довести концентрацию фосфора в воде до 1 мг/л в пересчете на Р2 О5, потребовалось внести 24,7 кг суперфосфата на 1 га или 42,0 кг на весь водоем.

В результате применения биологической очистки с использованием червей семейства Tubificidae совместно с аэрацией и внесением минеральных удобрений концентрация нефтепродуктов в донных отложениях за 78 суток снизилась до 0,97 г/кг. Таким образом, способ обеспечил снижение содержания нефтепродуктов в донных отложениях более чем в 83 раза по сравнению с исходной концентрацией.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ биологической очистки донных отложений от нефти и нефтепродуктов, включающий аэрацию воды и/или флотацию донных отложений и внесение минеральных удобрений, отличающийся тем, что после предварительного сбора жидкой фракции нефти на дно водоема помещают малощетинковых червей семейства Tubificidae в количестве от 20 до 65 г/м 2 и одновременно путем внесения азотных и фосфорных минеральных удобрений поддерживают концентрацию фосфора в воде 0,5-1,5 мг/дм 3, а азота не более 2 мг/дм3.

www.freepatent.ru

Способ биологической очистки донных отложений от нефти и нефтепродуктов

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к способам очистки донных отложений водоемов и водотоков, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, а также донных отложений шламовых амбаров и резервуаров сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий. Способ включает сбор жидкой фракции нефти, помещение на дно водоема малощетинковых червей семейства Tubificidae в количестве от 20 до 65 г/м2, создание уровня концентрации растворенного кислорода в придонных слоях воды путем аэрации водоемов с использованием аэрирующих устройств и одновременно внесение азотных и фосфорных минеральных удобрений. Изобретение позволяет увеличить степень очистки при одновременном упрощении способа. 1 табл.

 

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к способам очистки донных отложений водоемов и водотоков, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, а также донных отложений шламовых амбаров и резервуаров сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий.

Известен способ очистки донных отложений (патент РФ 2246451, МПК 7 C02F 11/02). Очистку донных отложений осуществляют обезвоживанием суспензии донных отложений и воды и термообработкой осадка горячей водой при 80°С в течение 24 часов (3 раза). Затем проводят анаэробную биологическую очистку при температуре 20-25°С в течение 20 суток, аэробную стабилизацию в присутствии воздуха при 20-30°С в течение 24 часов. После биологической очистки осадок смешивают с грунтом и опилками в соотношении 1:1:1 и подвергают аэробной доочистке бактериальной биомассой. Остаточная концентрация углеводородов нефти в полученной смеси от 0,26 мас.% (2,6 г/кг) до 0,71 мас.% (7,1 г/кг).

Недостатками способа являются необходимость извлечения загрязненных донных отложений из водоема, необходимость строгого соблюдения температурного режима при очистке, образование смеси очищенных донных отложений с грунтом и опилками, которая нуждается в дальнейшем размещении, что приводит к усложнению процесса очистки.

Известен способ очистки воды водоемов и донных отложений от загрязнений нефтью и нефтепродуктами (патент РФ 2260652, МПК 7 Е02В 15/04, C02F 1/28). Для очистки воды водоемов размещают на поверхности воды активные боны, которые выполнены в виде матов из хлопчатобумажной или синтетической ткани и заполнены очищающим составом из алюмосиликатов, органических веществ и минеральных удобрений. В процессе очистки производят флотацию донных отложений. Способ позволяет проводить очистку донных отложений от нефти до ее остаточной концентрации 2,6 г/кг.

Основным недостатком способа является отсутствие прямого очищающего воздействия на донные отложения, а следовательно, недостаточно высокая интенсивность биодеструкции нефти в.донных отложениях. Данный способ подразумевает, в основном, сбор нефти, флотированной со дна на поверхность водоема, и последующую очистку поверхностного и приповерхностного слоев воды.

Основной технической задачей настоящего изобретения является разработка экологически безопасного и технологически простого метода биологической очистки нефтезагрязненных донных отложений водоемов и водотоков, а также донных отложений шламовых амбаров и резервуаров сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий без извлечения отложений из водного объекта. Способ позволяет увеличить степень очистки и обеспечить остаточное содержание нефти и нефтепродуктов в донных отложениях не более 1,0 г/кг.

Основная техническая задача достигается тем, что в способе биологической очистки донных отложений с использованием червей семейства Tubificidae, включающем аэрацию и/или флотацию донных отложений и внесение минеральных удобрений, согласно предложенному решению, после предварительного сбора жидкой фракции нефти на дно водоема помещают малощетинковых червей семейства Tubificidae в количестве от 20 до 65 г/м2 и одновременно вносят азотные и фосфорные минеральные удобрения, причем концентрация фосфора в воде составляет в пределах 0,5-1,5 мг/дм3, а азота не более 2 мг/дм3.

Способ осуществляется следующим образом: на дно водоема, с которого предварительно собрана жидкая фракция нефти, вносятся малощетинковые черви семейства Tubificidae в количестве от 20 до 65 г/м2 (в зависимости от исходного уровня загрязнения и типа донных отложений). Для активизации аборигенной микрофлоры, которая, с одной стороны участвует в деструкции нефти, а, с другой стороны, является пищей для червей, вносятся азотные и фосфорные минеральные удобрения. Необходимо поддерживать концентрацию фосфора в воде в пределах 0,5-1,5 мг/дм3. Концентрация азота в воде должна составлять не более 2 мг/дм3, что обусловлено нормативами предельно-допустимых концентраций химических веществ для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

Для жизнедеятельности червей поддерживается концентрация растворенного кислорода в придонных слоях воды не менее 5 мг/л путем аэрации водоемов с использованием аэрирующих устройств. Аэрацию начинают не ранее чем через 24 часа после внесения червей. Из семейства Tubificidae использовались Limnodrilus hoffmeisteri и Tubifex tubifex, которые являются одними из наиболее распространенных и многочисленных видов. Обладая исключительно высокой экологической пластичностью, они населяют все пресноводные объекты. Эти черви встречаются на различных грунтах и глубинах, при различной концентрации кислорода. Проникая в глубь донных отложений, черви разрыхляют их. Поедая грунт из более глубоких слоев черви в процессе дефекации выбрасывают его на поверхность дна, тем самым также разрыхляя ее. Перемешивание донных отложений вследствие жизнедеятельности роющих организмов (биотрубация) обусловливает трансформацию различных соединений и их активное перемещение по профилю отложений, что также влияет на процессы обмена веществом между донными отложениями и водой. При реализации предложенного способа очистки нет необходимости в регулировании температурного режима, так как представители семейства Tubificidae являются обычными обитателями водоемов, в том числе в регионах с умеренным и бореальным климатом. Длительность цикла очистки составляет от 30 суток до достижения остаточной концентрации нефтепродуктов в донных отложениях менее 1,0 г/кг.

Пример 1. Проводили эксперимент по исследованию возможности использования червей семейства Tubificidae в биологической очистке донных отложений от нефти и нефтепродуктов с Limnodrilus hoffmeisteri Claparede, 1862. Длительность эксперимента составляла 30-90 суток от начала культивирования червей. В качестве субстрата для червей использовался озерный ил и смесь ила с песком в соотношении 1:1.

Гомогенизированный ил сметанообразной консистенции (400 г) равномерно распределяется по дну аквариума, загрязнялся нефтью в концентрациях 0,836-16,720 г/кг донных отложений (в пересчете на воздушно-сухой вес) и тщательно перемешивался лопаткой в течение 5 минут. Загрязненный ил находился в аквариумах в течение 7 суток для прохождения процессов сорбции нефти частицами ила; проводилось ежедневное перемешивание ила в течение 5 минут. Через 7 суток после загрязнения ила заливалось 3 литра водопроводной воды. В каждый аквариум вносили минеральные удобрения - аммиачную селитру и суперфосфат. Аквариумы аэрировались 15-17 часов в сутки. Средняя температура в аквариумах составила 23,8±0,2°С; содержание кислорода 7-8 мг/л. В одни из аквариумов помещали 0,46 г или 1,5 г взрослых Limnodrilus hoffmeisteri (20 и 65 г/м2 соответственно), другие оставляли без червей.

В аквариумах, где черви не культивировались, по результатам измерений средняя толщина слоя ила составила 12,10±0,11 мм. В аквариумах с червями толщина слоя ила визуально отличалась и была больше - 19,83±0,15. Толщина слоя в аквариумах с червями достоверно отличалось от слоя в аквариумах без червей (t-критерий Стьюдента, р<0.001). Лимнодрилусы выживали при высоких концентрациях нефти. Во всех аквариумах с червями было обнаружено большое количество молоди лимнодрилусов (тысячи экземпляров). В таблице приведены экспериментальные данные по концентрации нефти и нефтепродуктов в донных отложениях для ила и ила с песком (1:1) при разном количестве червей семейства Tubificidae

Таблица 1
Тип донных отложений Навеска червей, г/м2 Исходная концентрация нефтепродуктов в донных отложениях (в пересчете на сухой вес), г/кг Концентрация нефтепродуктов в донных отложениях через 30 суток Конечная концентрация нефтепродуктов вдонных отложениях (через 90 суток), г/кг
Ил 20 0,836 0,30 0,18
6,688 1,84 0,66
16,72 5,12 0,98
65 0,836 0,30 0,19
6,688 1,65 0,53
16,720 4,38 0,84
Ил с песком (1:1) 20 0,755 0,47 0,39
5,94 2,31 0,80
14,97 7,34 0,99
65 0,755 0,55 0,37
5,94 2,00 0,68
14,97 5,82 0,95

Таким образом, из таблицы видно, что в результате жизнедеятельности червей концентрация нефти в донных отложениях снижалась в 1,9-19,9 раз (в зависимости от исходного уровня загрязнения, навески червей и типа донных отложений) и составляла не более 1,0 г/кг при длительности очистки 90 суток. Кроме того, при реализации способа нет необходимости в регулировании температурного режима, так как представители семейства Tubificidae являются обычными обитателями водоемов, в том числе в регионах с умеренным и бореальным климатом.

Пример 2. Проводили очистку водоема площадью 1,7 га со средней глубиной 1,5 м в условиях севера Западной Сибири. Среднее содержание нефтепродуктов в донных отложениях до начала очистки составляло 81,4 г/кг. Донные отложения водоема были представлены супесчаными илами.

В ходе проведения первого этапа очистных работ проводили отделение нефти от донных отложений путем флотации с использованием флотатора, соединенного с блоком подачи водовоздушной смеси и снабженного гибким трубопроводом, соединяющим флотатор с плавающей емкостью-отстойником. В результате флотационной очистки дна содержание нефтепродуктов в донных отложениях снизилось в 7,4 раза и в среднем составило 11,0 г/кг.

После сбора нефти с донных отложений на дно водоема помещали червей семейства Tubificidae (Limnodrilus sp.) в количестве 30 г/м2. Навеска червей на 1 га составила 300 кг, а на весь водоем - 510 кг.

Для интенсификации микробной деструкции нефти на всей акватории водоема осуществлялась аэрация при помощи аэратора абсолютной производительностью 12 кг О2/час, мощностью 11 кВт.

Таким образом, обеспечивали концентрацию растворенного кислорода не менее 8 мг/дм3.

Для поддержания концентраций биогенных веществ в воде на оптимальном уровне вносили минеральные удобрения. Начальное содержание ионов аммония в воде в среднем составляло 0,25 мг/дм3, а содержание ионов нитрата 0,2 мг/дм3, что в пересчете на свободный азот в среднем составляет 0,12 мг/дм3. Необходимая доза аммиачной селитры для достижения концентрации азота 2,0 мг/дм3 составила 80,5 кг/га или 136,9 кг на весь водоем. Концентрация фосфат-ионов в воде составляла 0,5 мг/дм3. Чтобы довести концентрацию фосфора в воде до 1 мг/л в пересчете на Р2О5, потребовалось внести 24,7 кг суперфосфата на 1 га или 42,0 кг на весь водоем.

В результате применения биологической очистки с использованием червей семейства Tubificidae совместно с аэрацией и внесением минеральных удобрений концентрация нефтепродуктов в донных отложениях за 78 суток снизилась до 0,97 г/кг. Таким образом, способ обеспечил снижение содержания нефтепродуктов в донных отложениях более чем в 83 раза по сравнению с исходной концентрацией.

Способ биологической очистки донных отложений от нефти и нефтепродуктов, включающий аэрацию воды и/или флотацию донных отложений и внесение минеральных удобрений, отличающийся тем, что после предварительного сбора жидкой фракции нефти на дно водоема помещают малощетинковых червей семейства Tubificidae в количестве от 20 до 65 г/м2 и одновременно путем внесения азотных и фосфорных минеральных удобрений поддерживают концентрацию фосфора в воде 0,5-1,5 мг/дм3, а азота не более 2 мг/дм3.

www.findpatent.ru