СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОГО ГРУНТА
OIL-CONTAMINATED SOIL TREATMENT METHOD

Изобретение относится к области очистки грунтов от нефтепродуктов.
Известны способы очистки почвы, загрязненной нефтепродуктами, включающие отбор загрязненной почвы с последующей очисткой и возвратом на место отбора. Например, способ очистки почвы, загрязненной нефтепродуктами (патент РФ №2309808), по которому отобранную с загрязненного участка почву пропаривают с добавлением соды и поверхностно-активных веществ. Пропаренную почву смешивают с торфом и удобрениями, после чего добавляют в полученную смесь нефтеокисляющие аэробные микроорганизмы и подготовленную смесь помещают в биобарабан, в котором осуществляют обработку смеси при постоянном ее перемешивании с добавлением подогретого воздуха, поддерживая температуру обрабатываемой смеси не ниже 16°C в течение 1-2 суток. После этого смесь удаляют из барабана и выдерживают в гуртах в течение 2-3 месяцев, после чего осуществляют возврат обработанной почвы.
Недостатком способа является необходимость использования соды и ПАВ, а также высоких температур.
Известен способ очистки загрязненного нефтью и/или нефтепродуктом грунта (патент РФ №2295402). Согласно способу место загрязнения локализуют обвалованием, а в подстилающий водоносный слой под напором подают воду с интенсивностью, обеспечивающей в месте загрязнения поднятие уровня грунтовой воды с вымываемой из грунта нефтью и/или нефтепродуктом на его дневную поверхность. После чего нефть и/или нефтепродукт удаляют с дневной поверхности. Воду в подстилающий водоносный слой под напором подают посредством гидрозавесы, выполненной в виде канавы, расположенной вдоль обвалования с ее наружной по отношению к месту загрязнения стороны и гидравлически сообщенной с подстилающим водоносным слоем. Канаву заполняют водой до уровня, превышающего уровень дневной поверхности грунта места загрязнения и уровень жидкой фазы на этом месте загрязнения и обеспечивающего в месте загрязнения изменение направления движения жидкой фазы в подстилающем водоносном слое на противоположное. Канаву по длине разделяют на участки перемычками, обеспечивающими возможность создания перепада уровней воды между смежными участками канавы. Дополнительно осуществляют подачу воды под напором в подстилающий водоносный слой путем ее закачки, по меньшей мере, через одну скважину, выполненную в средней части места загрязнения с площадки, образованной насыпью и/или возвышенным участком рельефа.
Недостатком известных способов является невозможность их применения для реабилитации глубоко залегающих нефтезагрязненных грунтов и подземных вод, подземных нефтяных скоплений, а также привнесение в природные среды не свойственных им реагентов.
Известен способ комплексной рекультивации нефтезагрязненных земель (патент РФ №2331489). Для осуществления способа на подлежащей рекультивации территории производят оконтуривание загрязненных участков дренажными канавами и приемными шурфами, сбор с поверхности участков, частично из загрязненного грунта в шурфы «обратной» эмульсии, транспортировку ее из шурфов в очистную установку, разделение в ней эмульсии на составляющие и повторное их использование. На последующем этапе рекультивации участка в частично очищенный грунт устанавливают перфорированные трубы и под давлением подают в них горячую воду. Вымываемую из грунта эмульсию также собирают в приемные шурфы и транспортируют в очистную установку, где под воздействием аэрации горячим воздухом и вибрации разделяют на составляющие. Заключительная стадия работ включает проведение на очищенных землях биологической рекультивации.
Недостатком указанного технического решения является использование высоких температур (горячая вода, горячий воздух), сложность и малая эффективность процесса.
Наиболее близким к заявляемому является способ очистки нефтезагрязненных грунтов и грунтовых вод, реализованный по полезной модели РФ №129521. Сооружение очистки нефтезагрязненных грунтов и грунтовых вод включает сетку нагнетательных скважин глубиной ниже залегания загрязненного грунта, трубопроводы подвода воды к нагнетательным скважинам, отводы удаляемой жидкости к отстойнику-накопителю, сетку эксплуатационных скважин, расположенных в шахматном порядке относительно нагнетательных скважин, соединенных трубопроводом отвода воды с отстойником-накопителем, коллектор перехвата грунтовых вод вблизи уреза воды водного объекта, соединенный трубопроводом отвода воды с отстойником-накопителем. Раствор технического моющего средства от нагнетательной скважины фильтруется в грунте, пропитанном нефтепродуктами, вытесняя нефтепродукты к эксплуатационным скважинам. Водонефтяная эмульсия откачивается вакуумным насосом из эксплуатационных скважин и подается в отстойник-накопитель, в котором осаждаются взвешенные вещества и удаляются на обезвоживание на шламовые площадки. Из отстойника-накопителя водонефтяная эмульсия подается в гидрофобный фильтр, в котором отделяются нефтепродукты при фильтровании сквозь слой углеводородной жидкости. Очищенная от нефтепродуктов вода проходит доочистку в электрофлотаторе, после чего в воду добавляют техническое моющее средство до указанной концентрации. Далее цикл повторяется. Часть грунтовых вод, содержащих нефтепродукты, не попавших в эксплуатационные скважины, фильтруются в грунте, перемещаясь по уклону местности в направлении водного объекта установившимся за многие годы путем, затем попадают в коллектор перехвата.
Недостатком указанного технического решения является необходимость использования технического моющего средства, невысокий эффект отмыва грунта водой за счет фильтрования воды в порах грунта, заполненных нефтепродуктами.
Задачей изобретения является разработка способа очистки нефтезагрязненного грунта с достижением следующего технического результата - повышение эффективности очистки грунта без внесения в природные среды химических средств.
2
Указанная задача решается тем, что в способе очистки нефтезагрязненного грунта, включающем сооружение сетки нагнетательных скважин глубиной ниже залегания загрязненного грунта, сетку откачивающих скважин, расположенных в шахматном порядке относительно нагнетательных скважин, подачу через нагнетательные скважины жидкости для очистки, откачку и разделение водонефтяной эмульсии, возвращение условно очищенной воды в технологический цикл, согласно изобретению очистку грунтов осуществляют закачиванием в пласт карбонизированной воды, получаемой растворением диоксида углерода СО в воде, с дополнительной подачей диоксида углерода через нагнетательные скважины.
Вода после промывки грунтов откачивается на поверхность и направляется в систему прудов-отстойников, откуда, после отделения пленочных и эмульгированных нефтепродуктов и механической взвеси, возвращается в технологический цикл.
н/пр
2
2
На фиг.1 показана технологическая схема очистки нефтезагрязненных грунтов, на фиг.2 - система нагнетательных и откачивающих скважин, на фиг.3 показана эффективность отмыва грунта (С=10%) с использованием природной (1) и карбонизированной (содержание СО 0,3%) воды (2), на фиг.4 показана эффективность доотмыва грунта от остаточного содержания нефтепродуктов с использованием природной воды (1), воды с продувкой воздуха (2), карбонизированной воды (3) и карбонизированной воды с продувкой СО (4), на фиг.5 показано остаточное содержание нефтяных углеводородов в грунте.
Технологическая схема состоит из системы нагнетательных и откачивающих (депрессионных) скважин и системы оборотного водоснабжения технологических циклов.
Схема включает блок 1 подготовки (газирования) воды, дожимной насос 2, нагнетательные скважины 3, откачивающие (депрессионные) скважины 4, сепаратор 5, систему прудов-отстойников 6.
Способ очистки осуществляется следующей последовательностью операций.
Первым этапом реабилитации нефтезагрязненных грунтов на уровне водоносного горизонта является ликвидация линзы нефтепродуктов путем откачки углеводородного слоя. Наиболее эффективной является откачка системой спаренных скважин (Фокина, Л.М. Формирование природно-техногенных систем нефтегазовых комплексов. Комплексный мониторинг и оптимальные технологии минимизации экологического ущерба: автореф. дис. доктора геолого-минерал. наук. - М., 2007. - 38 с.), позволяющей раздельно откачивать нефтепродукт и воду из водоносного горизонта.
После извлечения основной массы нефтяных углеводородов из подземного скопления проводится второй этап - очистка грунтов и подземных вод.
2
В загрязненный пласт через нагнетательные скважины 3 при помощи дожимного насоса 2 подают карбонизированную воду, получаемую растворением диоксида углерода СО в воде в блоке 1 подготовки воды.
2
2
Для промывки грунтов, загрязненных нефтепродуктами, используют карбонизированную воду, получаемую растворением диоксида углерода СО в воде и закачиваемую в пласт для вытеснения из него нефтеуглеводородов (НУВ). При контакте карбонизированной воды с НУВ молекулы CO диффундируют, разрыхляют пленки тяжелых НУВ на поверхности зерен породы, делают их подвижными, что приводит к более эффективной очистке грунтов и увеличению количества извлекаемых НУВ.
Воду после промывки грунтов через откачивающие (депрессионные) скважины 4 откачивают на поверхность и подают в сепаратор 5. Углекислый газ возвращают в блок 1 подготовки воды.
Эмульсию воды с нефтеуглеводородами направляют в систему прудов-отстойников, откуда, после отделения пленочных и эмульгированных нефтепродуктов и механической взвеси, условно очищенную воду возвращают в технологический цикл. Для ускорения разделения эмульсии в первый отстойник через распределительные решетки подают углекислый газ.
Углекислый газ, присутствующий в промывных водах, способствует лучшему разделению водно-нефтяной эмульсии, выполняя роль флотатора для углеводородных частиц.
Оценку эффективности применения карбонизированной воды и углекислого газа для извлечения нефтепродуктов из нефтезагрязненных грунтов проводили по результатам выделения свободных НУВ из межпорового пространства и доотмыва от нефтепродуктов, сорбированных мелкодисперсной фракцией грунта. Проводили лабораторное исследование модельных образцов и образцов кернов грунта, загрязненных НУВ в районе южного промышленного узла, отобранных на участке левобережья р. Белой. Значение каждой точки на фиг.3-5 получено путем усреднения данных пятнадцати параллельных экспериментов.
Установлено, что использование карбонизированной воды увеличивает эффективность доотмыва НУВ, составляющих пленку на поверхности твердых частиц грунта, на 7-10% по сравнению с природной водой. Дополнительное поступление в зону доотмыва потока воздуха или углекислого газа увеличивает эффективность удаления из грунтов прочно связанных НУВ до 13 и 30% соответственно по сравнению с природной водой.
На фиг.4 приведены кривые, полученные при доотмыве пленочных НУВ из грунта после вытеснения свободных НУВ из порового пространства, на фиг.5 - остаточное содержание нефтепродуктов в грунте. Нулевой эффект был получен с природной водой. Максимальный эффект был получен с использованием углекислого газа. Увеличение количества выделенного нефтепродукта при пропускании через грунт потока воздуха свидетельствует о влиянии скорости водного потока. Лучший результат получен при использовании карбонизированной воды с дополнительной подачей диоксида углерода.
При проведении эксперимента было установлено, что пропускание углекислого газа через водонефтяную эмульсию, получаемую в результате промывки грунта, значительно (в 60 раз) увеличивает скорость ее расслоения.