ПОЛИГОН ДЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ НЕФТЕШЛАМОВ И НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОГО ГРУНТА

Техническое решение относится к устройствам восстановления загрязненного грунта и может быть использовано в конструкции полигонов для микробиологической очистки нефтешламов и нефтезагрязненного грунта.
Нефтяные углеводороды являются наиболее распространенными загрязнителями окружающей среды. Среди известных методов очистки от нефтяных загрязнений почв (механические, термические, физико-химические, микробиологические) микробиологическая технология очистки наиболее естественна для природных экосистем. Микробный путь окисления представляет собой естественный путь разрушения нефтепродуктов с последующим включением их в круговорот веществ в природе, поскольку конечными продуктами окисления углеводородов являются экологически безопасные вещества: углекислый газ и вода, а полученная при этом биомасса микроорганизмов служит органическим удобрением.
В последние годы запатентован ряд [1-15] новых технологий и устройств для утилизации отходов и для очистки и восстановления нефтезагрязненных грунтов: технологии [13-15] детоксикации нефтезагрязненных почв с использованием новых составов, адсорбентов и деструкторов углеводородов; технологии [10, 12] очищения загрязненного нефтью грунта путем смешивания с подогретой водой и внесением сорбентов
на основе шелухи злаковых растений, либо путем высеивания [11] на загрязненные территории сидеральных культур растений; технология [9] предварительной подготовки шламов к очистке; полигон [6] для отходов; устройства для очистки грунта от нефтепродуктов посредством водяного пара [5, 8]; комплекс для сбора и переработки отходов [4]; технологическая линия [3] утилизации бытовых и промышленных отходов; технология ремедиации [2, 7] нефтезагрязненных грунтов; технологическая система [1] рекультивации нефтезагрязненных грунтов.
Так, известные комплексы [3, 4] для сбора и переработки отходов включают узлы накопления загрязненного грунта, узлы подготовки отходов к очистке, узлы переработки отходов (узлы очистки), узлы складирования очищенного материала. В ряде случаев [4] предусмотрено использование участка обработки и выдачи контрольных данных по обезвреживанию отходов.
Однако комплексы [3, 4] не конкретизируют особенности технологической очистки отходов путем биологической обработки.
Известная технология [2, 7] описывает метод микробиологической очистки и ремедиации нефтезагрязненных грунтов, который может быть использован при реализации полигона, включающего бункер-накопитель загрязненной почвы, технологический участок микробиологической очистки (биологически активным компостом), площадку для складирования очищенного грунта и средства контроля за процессом очистки. При этом участки полигона очистки связаны между собой транспортными линиями.
Однако в технологии [2] не предусмотрен этап окончательной доочистки нефтезагрязненного грунта (описанный, например в [11] путем фитомелиоративной очистки, что ограничивает возможности полигона [2] для очистки грунта от нефтепродуктов до минимальной их концентрации.
Известная система (полигон) [1] рекультивации нефтезагрязненных грунтов, принятый за прототип, включает размещенные на открытой площадке и связанные между собой участками транспортирования бункер-накопитель
предназначенных для очистки грунтов и шламов, технологический участок очистки, участок анализа и контроля процесса очистки и площадку для складирования очищенного грунта.
Однако, как и в устройстве [2], в полигоне [1] не предусмотрена фитомелиоративная доочистка отработанных в ходе микробиологического этапа рекультивации грунта, что ограничивает возможности полигона [1] по достижению минимальной концентрации углеводородов в грунте и применению рекультивированного грунта на землях сельхозназначения. Устройством полигона не может быть обеспечена синергия совокупного использования микробиологической и фитомелиоративной очистки нефтегазрязненного шлама и грунтов.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании полигона для биологической очистки нефтешламов и нефтезагрязненного грунта на основе комплексного воздействия на загрязненный грунт посредством микробиологической очистки и фитомелиоративной доочистки при адекватной первичной обработке загрязненного грунта.
Основной технический результат - повышение степени очистки нефтезагрязненного грунта и нефтешламов путем последовательной поэтапной совокупной очистки при микробиологической и фитомелиоративной обработке грунтов, а также постоянный контроль очистки на протяжении всего ее процесса, начиная от складирования нефтезагрязненного грунта и нефтешламов до отправки очищенного грунта на удовлетворение технических целей или на земли сельхозназначения. Комплексная биологическая очистка посредством синергии микробиологической и фитомелиоративной обработки обеспечивает полный цикл обезвреживания нефтезагрязненных грунтов, превращение их в жизнеспособный почвогрунт (с концентрацией углеводородов менее 0,01%) и восстановление экосистем.
Технический результат достигается следующим образом.
Полигон для микробиологической очистки нефтешламов и нефтезагрязненного грунта выполнен в виде открытой площадки, оборудованной установленными по ходу технологического процесса и последовательно связанными между собой участками транспортирования бункером-накопителем предназначенных для очистки грунтов и шламов, технологическим участком очистки, площадкой-накопителем для складирования очищенного грунта и шлама, а также участком анализа и контроля процесса очистки.
Отличительной особенностью полигона является то, что технологический участок очистки включает последовательно расположенные и связанные между собой транспортными линиями узел первичной обработки нефтезагрязненного грунта и нефтешламов, узел микробиологической очистки и узел фитомелиоративной доочистки, причем узел первичной обработки нефтезагрязненного грунта и нефтешламов связан транспортной линией с площадкой чистого грунта, узел микробиологической очистки снабжен связанной с ним емкостью для приготовления биопрепаратов, узел микробиологической очистки и узел фитомелиоративной очистки связаны транспортными линиями с площадкой-накопителем для очищенного грунта и шлама, а участок анализа и контроля процесса связан с бункером-накопителем предназначенных для очистки грунтов и шламов, с узлом первичной обработки, с узлом микробиологической очистки, с узлом фитомелиоративной доочистки, а также с площадкой чистого грунта и емкостью для приготовления биопрепаратов.
При этом полигон отличается тем, что бункер-накопитель предназначенных для очистки грунтов и шламов выполнен в виде открытого шламонакопителя с бетонированными стенками и противофильтрационным глиняным дном с высотой складирования грунта 0,4-0,8 м.
Кроме того, полигон отличается тем, что узел первичной обработки выполнен в виде узла перемешивания нефтезагрязненного грунта и
нефтешламов при превышении в них концентрации нефтепродуктов более 300 г/кг с чистым грунтом в соотношении 1:1 или 1:2 и представляет собой ровную площадку, огражденную бетонными блоками и снабженную средствами рыхления, перемешивания и увлажнения нефтезагрязненного грунта и нефтешламов.
Отличием полигона также является то, что узел микробиологической очистки грунта и шламов выполнен в виде площадки с глинистыми стенками и горизонтальным основанием, которая имеет обваловку высотой 0,8-1,0 м и дренажные канавы, и представляет собой узел обработки нефтезагрязненного грунта и нефтешламов до снижения концентрации углеводородов менее 30 г/кг нефтеокисляющими микроорганизмами, периодически поступающими из емкости для приготовления биопрепарата, при этом узел микробиологической очистки снабжен техническими средствами рыхления, перемешивания, полива и внесения в нефтезагрязненный грунт или нефтешлам азотно-фосфорных удобрений и/или структурирующих элементов в виде опилок, рисовой или подсолнечной лузги в соотношении 1:100.
Отличительной особенностью полигона также является то, что узел фитомелиоративной доочистки выполнен в виде огороженной бетонными блоками на высоту 0,7 м ровной площадки, на которой на перемещенном из узла микробиологической очистки рекультивированном грунте высеиваются нефтеустойчивые и сидеральные культуры растений, которые обеспечивают доочистку нефтезагрязненных грунтов и шламов на заключительном этапе биоремедиации до снижения концентрации нефтепродуктов менее 1 г/кг.
В конкретном случае выполнения полигон отличается тем, что участок анализа и контроля очистки содержит средства микробиологического анализа нефтезагрязненных грунтов и нефтешлама, а также средства постоянного контроля рН и концентрации нефтепродуктов на каждом из узлов очистки и включает флюорометрические, газохроматические и ИК-спектрометрические
аппаратурные блоки анализа углеводородного состава в течение всего процесса очистки.
При этом транспортные линии между узлами очистки полигона включают грузовой автотранспорт, бульдозер, экскаватор и/или транспортеры, а перемешивание грунта или шлама осуществляется экскаватором или трактором с плугом.
Все узлы очистки оснащены дренажными каналами и снабжены водосборниками для приема нефтезагрязненных сточных вод, которые используются для полива очищаемых шламов и грунтов.
В частных случаях выполнения полигон может быть размещен на территории отработанного карьера или на территории нефтедобывающего и транспортирующего нефть предприятия, при этом очищенный грунт при концентрации углеводородов 1-30 г/кг возвращается на места выемки, используется для рекультивации отработанного карьера, для отсыпки нефтепроводов, для строительных и ремонтных работ и других технических целей, а при концентрации углеводородов не более 1 г/кг - на землях сельхозназначения.
На чертеже приведена общая конструктивная схема полигона для микробиологической очистки нефтешламов и нефтезагрязненного грунта.
Полигон содержит бункер-накопитель 1 предназначенных для очистки грунтов и шламов (шламонакопитель), технологический участок 2 очистки, площадку-накопитель 3 для складирования очищенного грунта и шлама, участок 4 анализа и контроля процесса очистки. Технологический участок 2 включает узел 5 первичной обработки нефтезагрязненного грунта и нефтешламов, узел 6 микробиологической очистки, узел 7 фитомелиоративной доочистки, площадку 8 чистого грунта и емкость 9 для приготовления биопрепарата.
Микробиологическая очистка нефтешламов и нефтезагрязненного грунта осуществляется следующим образом.
Предназначенный для очистки грунт размещается в бункере-накопителе 1 загрязненного грунта (шламонакопителе). Из шламонакопителя 1 нефтезагрязненные грунты или нефтешламы поступают на технологический участок 2 очистки: по транспортной линии при помощи экскаватора, бульдозера и/или транспортеров грунт порциями перемещается в узел 5 первичной обработки, где при концентрации нефтепродуктов более 300 г/кг загрязненный грунт перемешивается с чистым, подаваемым с площадки 8 чистого грунта. Перемешивание грунта и шлама производится экскаватором, трактором с плугом или другими средствами рыхления при объемном соотношении загрязненного и чистого грунтов 1:1 или 1:2. При необходимости производится увлажнение перемешиваемого грунта, для чего используются сточные дренажные воды из водосборников, которыми снабжены участки очистки.
Для последующей очистки грунт из узла 5 первичной обработки по транспортной линии перемещается в узел 6 микробиологической очистки, где производится его ремедиация до снижения концентрации углеводородов менее 30 г/кг. Биоремедиация нефтезагрязненного грунта и нефтешламов осуществляется в узле 6 нефтеокисляющими микроорганизмами-деструкторами нефтяных углеводородов, периодически поступающими из емкости 9 для приготовления биопрепарата, который активизирует природную микрофлору. При необходимости дополнительной активации очистки в очищаемый грунт вносятся азотно-фосфорные удобрения или структурирующие элементы (опилки, рисовая или подсолнечная лузга) из расчета 1 т на 100 т нефтезагрязненного грунта, а в засушливую погоду грунт подвергается рыхлению и поливу, аналогично технологии, используемой на участке 5 первичной обработки.
Когда дальнейшая интенсивная микробиологическая очистка в узле 6 становится экономически невыгодна (что определяется на участке 4 анализа и контроля процесса очистки), грунт с участка 6 перемещается на узел 7 фитомелиоративной доочистки, где проводится заключительный
фитомелиоративный этап очистки - высеивание и культивирование нефтеустойчивых и сидеральных (в дальнейшем запахиваемых в грунт) растений, например, группы клеверных, которые обеспечивают окончательную биоремедиацию грунта до снижения концентрации нефтепродуктов в грунте менее 1 г/кг.
Окончательно очищенный в узле 7 грунт размещается на площадке-накопителе 3 для складирования очищенного грунта (полностью процесс очистки на участках 5, 6 и 7 происходит в течение 3-8 месяцев).
Участок 4 анализа и контроля очистки, содержащий средства микробиологического и химического анализа нефтезагрязненных грунтов и нефтешламов, средствами постоянного контроля значений рН и концентрации нефтепродуктов (в том числе флюорометрические, газохроматические и ИК-спектрометрические блоки углеводородного состава грунта) контролирует процесс очистки в течение всего процесса от размещения в шламонакопителе 1 до перемещения на площадку 3 для складирования очищенного грунта.
Все основные узлы очистки 1, 5, 6, 7 оснащены дренажными каналами и снабжены водосборниками для приема сточных вод, которые используются для полива очищаемых шламов и грунтов.
В зависимости от конкретной ситуации и местных условий участки биоочистки могут быть размещены на территории нефтедобывающего и/или транспортирующего нефть предприятия (на месте загрязнения) или на постоянном (стационарном) полигоне. При этом очищенный грунт при концентрации углеводородов 1-30 г/кг возвращается на место выемки, используется для рекультивации отработанного карьера, для отсыпки нефтепроводов, для строительных и ремонтных работ и других технических целей, а при концентрации углеводородов не более 1 г/кг- на землях сельхозназначения.
Таким образом, путем поэтапной совокупной очистки нефтезагрязненных грунтов и нефтешламов при микробиологической и
фитомелиоративной обработке грунтов с постоянным контролем очистки, начиная от складирования нефтезагрязненного грунта до отправки очищенного грунта на удовлетворение технических целей или на земли сельхозназначения, достигается повышение степени очистки и обеспечение полного цикла обезвреживания нефтезагрязненных грунтов, превращение их в жизнеспособный почвогрунт с концентрацией углеводородов менее 0,01% и восстановление экосистем.
Как показывает опыт работы OOO «ЭКОБИО», г. Крымск Краснодарского края совместно с Центром «Биотехнологии» Кубанского Государственного университета, г. Краснодар (территории предприятий OOO «НК Роснефть-Краснодарнефтегаз», ОАО «Роснефть-Термнефть», ОАО «Черномортранснефть», ЗАО «Каспийский трубопроводный консорциум» и спецполигона в отработанном карьере вблизи г. Крымска), предложенный полигон может обеспечить эффективное возвращение очищенного грунта в природную экосистему вплоть до нефтешламов с 30-80-летним «возрастом».
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 36273 U1, 10.03.2004 (прототип).
2. RU 2224604 C1, 27.02.2004 (аналог).
3. RU 2001113001/13 А, 10.03.2004 (аналог).
4. RU 35258 U1, 10.01.2004 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
5. RU 2221652 C1, 20.01.2004.
6. RU 2004104796/03 А, 20.07.2005.
7. RU 2002117206/13 А, 10.02.2004.
8. RU 2002120063/15 А, 27.02.2004.
9. RU 2195376 С1, 27.12.2002.
10. RU 2184626 С2, 10.07.2002.
11. RU 2003133391/12 А, 27.04.2005.
12. RU 2003129122/15 А, 10.04.2005.
13. RU 2002129689/13 А, 27.04.2004.
14. RU 2002126650/12 А, 10.04.2004.
15. RU 2175580 С1, 10.11.2001.