Проблемы утилизации нефтяных отходов или «куда девать черное золото»

Проблемы утилизации нефтяных отходов или «куда девать черное золото»

Практически весь транспорт (и наземный, и воздушный, и водный), значительная часть тепловых электростанций используют нефтепродукты как источник энергии, производство полимерных материалов, каучука, синтетических волокон, моющих средств, удобрений, лекарственных препаратов и многих других веществ базируется на нефтяном сырье.

Нефть  это сложные смеси газообразных, жидких и  твердых углеводородов, различных их производных и органических соединений других классов. В умелых руках специалистов она становится для современного человека незаменимыми продуктами. Однако нарушения в транспортировке нефти и газа могут привести к экологическим катастрофам значительного масштаба. Жители Новороссийска наверняка помнят к чему привела авария 1997 г., когда, по  официальным данным, “ушло” около 400 тонн нефти, из них 13 тонн  в море. Тогда было установлено, что с учетом принимавшихся мер по сбору нефти на территории нефтебазы, в акватории Цемесской бухты и пляжах нанесен ущерб в размере 9 миллиардов 328 миллионов  неденоминированных рублей.

Новороссийск  крупнейший порт России на Черном море, в который заходят крупные нефтеналивные суда. При перегрузке нефти и нефтепродуктов, при работе наземного транспорта наблюдаются небольшие утечки и загрязнение причалов. Во время уборки последних, в качестве вспомогательных средств используют песок и мелкий гравий, вывоз которых на свалку без дополнительной очистки может привести к экологическим бедствиям.

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами приводит к заметному сдвигу в составе биоты. Появляется много новых групп микроорганизмов, способных разлагать углеводороды. К настоящему времени признаны разлагаемыми следующие ароматические углеводороды с однокольцевой структурой  бензол, толуол, ксилол, триметилбензол, циклоалкилбензол; с двухкольцевой структурой  нафталин, метилнафталин, диметилнафталин; с трехкольцевой структурой  фенантрен, антрацен; полициклические соединения  пирен, бензпирен, бензантрацен.

Скорость самоочищения почв от нефти и нефтепродуктов различна для разных природных зон. В аридных областях основная тяжесть по снижению концентрации нефти в почвах ложится на микроорганизмы. В холодных гумидных областях продуктивность микроорганизмов ниже, зимой она вовсе незначительна. Основные причины снижения содержания нефти в почвах следующие: испарение легких фракций, минерализация нефти, физический вынос, гумификация (превращение в нерастворимые в нейтральных органических растворителях продукты микробного метаболизма). От соотношения этих факторов и будет зависеть время самоочищения почв от загрязнения нефтью и нефтепродуктами. Так, содержание нефти, внесенной в светлые серо-коричневые почвы сухих субтропиков, за первые три месяца снизилось больше чем наполовину, а через год  на 65 %. Расчет баланса углерода показал, что за год минерализовалось не более 27 % внесенной нефти. Основное же количество остаточной нефти уменьшалось за счет гумификации и частично минерализации. В гумидной зоне средней и южной тайги за три месяца содержание остаточной нефти снизилось до 30 %, а за год  до 10 % от внесенного количества. Причем основная масса нефти была вынесена водным стоком. Таким образом, более высокая скорость самоочищения почвы в этой зоне только кажущаяся. Нефть подвергается не разложению, а рассеивается, загрязняя почву сопряженных территорий и грунтовые воды. На севере, в зоне тундры на поверхности заболоченных почв и болот нефть и нефтепродукты могут сохраняться десятки лет.

Пребывание в почвах бензпирена  одного из наиболее опасных канцерогенных полициклических ароматических углеводородов  при многократном поверхностном попадании в почву в условиях промышленного загрязнения оценивается периодом времени около двух лет. Снижение концентрации бензпирена  в верхних слоях почвы происходит как за счет его деградации в результате процессов окисления, биодеградации, сорбции корнями растений, так и за счет миграции вещества в глубь почвы. Так описывается проблема в словаре-справочнике «Химическое загрязнение почв   и  их охрана» под редакцией Д. С. Орлова,   М. С. Малининой  и  др. (М.:  Агропромиздат,  1991, 303 с.) 

В сентябре-октябре 1999 г. морской порт предложил исследовать возможность очистки песка и гравия, загрязненных нефтепродуктами и решить проблему утилизации последних. 

Целью этого проекта является предложение одного из вариантов решения данной проблемы.

Этап № 1. Все подлежащие утилизации нефтепродукты доставляются и сливаются на специально подготовленную и засыпанную песком площадку, исключающую утечку нефтепродуктов. После смешения получается густая смесь, упрощающая транспортировку, хранение и переработку отходов.

Этап № 2. Подготовленная на первом этапе смесь заливается горячей водой (t = 505 оС) так, чтобы смесь полностью была покрыта водой (вода должна быть выше уровня смеси на 0,3 м).

Результаты предварительных экспериментов приведены в таблице.





Опыт №1

Опыт №2

Опыт №3

Опыт №4

Условия проведения опыта

Смесь из 200г. строительного песка и 100г. отработанного машинного масла (эталон нефтеотходов) заливали 1л. воды, при            t (воды)=16C

Смесь, аналогичная опыту №1, те же условия, но при  t(воды)=50 5C

Смесь, аналогичная опыту №1, те же условия, но при  добавлении каустической соды (на 1л. воды  30г.)

300г. гравия диаметром 1-10мм, загрязненного нефтепродуктами пастообразной консистенции, заливали 1л. воды, t(воды)=50 5C

Объём масла на поверхности (%), через 10 мин.

20

25

20

15

Объём масла на поверхности (%), через 30 мин.

30

40

40

30

Объём масла на поверхности (%), через 60 мин.

40

60

55

50



Сравнение результатов опытов показывает, оптимальным условием для первичной очистки полученной смеси является «водяная баня» при t(воды)=505C в течение 60 минут. В результате мы получим смесь, отчищенную от нефтяных отходов на 50-60%. Чем крупнее очищаемые частицы смеси, тем эффективность метода меньше. Данные таблицы показывают, что частичная очистка песка и мелкого гравия, загрязненных нефтепродуктами, возможна водой даже при комнатной температуре, причём с повышением температуры и увеличением времени степень очистки повышается. 

Далее рассматривались варианты откачки и выведения на нефтеочистные сооружения нефтебаз (например, таких как «Шесхарис» в Новороссийске) жидких нефтепродуктов, всплывших на поверхность воды после такого способа очистки, правда, в таком случае нежелательно использование каустической соды т.к. существуют определённые ограничения по качественному составу сдаваемых вод на нефтебазу.

При проведении опытов, сильного запаха масла или каких-нибудь газовых выделений не наблюдалось, следовательно, такой способ очистки возможно не представляет собой большой опасности для здоровья человека. Напомним, что природоохранные организации требуют использовать безопасные способы очистки и утилизации.

Этап №3. Очищенную на 50-60% смесь предлагаем подвергнуть дальнейшей очистки в мусоросжигательной печи (в дальнейшем МСП). До настоящего времени данная печь использовалась лишь для сжигания судовых отходов. Предварительный анализ показал, что данная установка для сжигания отходов, сконструированная работниками Новороссийского Морского Торгового Порта, характеризуется простотой в эксплуатации, высокой степенью очистки отходящих газов; механизм загрузки массы в печь, подача её в зону горения, мойка, дегазация и замкнутый цикл использования воды позволяет эффективно использовать данную установку для сжигания оставшихся нефтепродуктов.

Схема МСП:



Печь 

(цилиндрическая, вращающаяся)



Пылеосадительная камера



Водяное орошение





Дымовая труба

Циклон



Дымосос







      показано перемещение газа

Техническая характеристика печи:

Вид топлива

¼ дизельного топлива + ¾  нефтеотходов

Расход топлива

30 кг/ч

Частота вращения

1 об./мин.

Производительность

250 кг/ч

Температура в печи

700-800°С



В системе очистки данной установки дымовые газы, проходя по дымоходу смешиваются с водой из форсунок, вследствие чего из них удаляются твердые частицы, такие как сажа, которые потоком воды уносятся в бак. Когда дымовые газы входят в бак с водой, частицы по инерции достигают поверхность воды. Таким образом происходит дополнительная очистка дымовых газов, которые в дальнейшем попадают в циклон, где происходит окончательная их очистка от твердых частиц и капель воды. После этого вентилятор направляет газы в дымовую трубу.

По результатам анализов проведенных химлабораторией ОАО «НМТП» выявлено снижение концентрации отходящих газов таких как  SОx,  NОx  и др. на 30-60%

Установка для сжигания отходов, сконструированная работниками порта, характеризуется простотой в эксплуатации, высокой степенью очистки отходящих газов, механизацией загрузки и уборки отходов, замкнутым циклом использования воды. Обслуживающий персонал – 1 человек. Вырабатывающееся в результате сгорания мусора и нефтеотходов тепло может быть использовано для подогрева воды, используемой на 2-м этапе очистки.

Практическое осуществление очистки гальки от нефтеотходов на 3 этапе заключалось в создании модели мусоросжигающей печи используемой в порту.

Для этого был взят отрезок трубы диаметром 15 см и длиной 1м. 25 см. в ней  для облегчения перемешивания гальки были намотаны ребра «перемешивания» из алюминиевой проволки. Труба была установлена под углом 25 градусов. В нижнем конце трубы была установлена паяльная лампа которая обеспечивала обжиг гальки, которая загружалась в верхний край трубы. Перед загрузкой загрязненная галька размещалась на сите для обеспечения стока воды содержащей нефтесодержащие вещества. В процессе прокаливания гальки трубу проворачивали со скоростью 1 оборот в минуту. Время обжига составляло от 30 минут до часа. После прокаливания галька представляла собой однородную смесь с налетом копоти. В тех случаях, когда время обжига составляло около 30 минут в гальке наблюдались единичные конгломераты состоящие из несгоревших нефтеотходов густой пастообразной консистенции и каменной гальки.

Выводы:

 Проведенные исследования оказали возможность утилизации нефтеотходов по следующей схеме:

Схема утилизации нефтеотходов:



Нефтеотходы вместе с мелкой галькой









Водяная баня









Нефтесодержащие воды, откаченные вакуум-насосом

Осадок содержащий гальку, нефтеотходы и воду











Сито для стока воды

Очистные сооружения нефтебаз











Галька с нефтеотходами

Нефтесодержащие воды











Прокаливание в печи МСП









Очищенная галька









Таким образом вполне реально снять остроту проблемы загрязнения побережья и морской воды нефтепродуктами; исключить возможность попадания нефтепродуктов в почву и грунтовые воды.

Мы также надеемся на дальнейшее продолжение сотрудничества с экологической службой ОАО «НМТП» в вопросах охраны окружающей среды.

Список литературы

Доцент Кузьмина И.В. Проблемы утилизации нефтяных отходов или «куда девать черное золото».