СПОСОБ ДЕТОКСИКАЦИИ ГРУНТА, ЗАГРЯЗНЕННОГО НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ
METHOD FOR DETOXIFICATION OF SOIL CONTAMINATED WITH OIL AND OIL PRODUCTS

Изобретение относится к очистке окружающей среды, в частности грунтов, загрязненных различными органическими и неорганическими загрязнителями, например тяжелыми металлами, нефтепродуктами, и может использоваться для детоксикации различных типов грунтов с различной концентрацией загрязнений.
0
1
2
3
4
c
0
3
c
гр
1
2
0
1
2
2
3
3
4
гр
0
Известен способ детоксикации загрязненного грунта путем внесения в него природного сорбента для достижения заданной концентрации загрязняющего вещества в грунте, при этом в качестве сорбента используют глауконитсодержащее вещество (см. патент РФ на изобретение №2296016, МПК B09C 01/08, G21F 09/28, опубл. 27.03.2005 г.). Перед внесением сорбента в грунт предварительно определяют тип загрязняющего вещества и его концентрацию K в пробе загрязненного грунта, затем производят замеры концентраций K K, K и K загрязняющего вещества при смешении проб загрязненного грунта с сорбентом соответственно в пропорциях грунт: сорбент - 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, после чего определяют m массу сорбента, необходимого для смешения с грунтом, загрязненным определенным ранее загрязняющим веществом с концентрацией K, и достижения в грунте заданной концентрации загрязняющего вещества K исходя из следующего соотношения: m=m·K/[K(K/K+K,/K+K/K+K/K)/4], где m - масса грунта, загрязненного определенным ранее загрязняющим веществом с концентрацией K, проводят увлажнение загрязненного грунта, затем распределяют рассчитанную массу сорбента по поверхности загрязненного грунта с одновременным перемешиванием сорбента с загрязненным грунтом. Увлажнение загрязненного грунта производят до достижения им влажности не менее 80%. Перед внесением в грунт сорбента путем исследования проб поверхности загрязненного грунта на содержание загрязняющего вещества определяют участки с различными концентрациями загрязняющего вещества, превышающими заданную концентрацию. Перед обработкой загрязненного грунта проводят измельчение сорбента с последующим выделением рабочей фракции размером частиц 0,01-0,1 мм. Обработку загрязненного грунта сорбентом ведут при положительной температуре окружающей среды. Недостатком известного способа является то, что при детоксикации 1 т загрязненного грунта с концентрацией загрязняющих веществ 100000 мг/кг требуется 1788 кг сорбента. Это приводит к значительным расходам сорбента, а также к дополнительным расходам на его транспортировку, что делает процесс детоксикации грунта малоэффективным, помимо этого не рассматривается процесс сохранения влажности грунтов, что очень важно.
Наиболее близким техническим решением является способ детоксикации грунта загрязненного нефтепродуктами, включающий внесение в него природного сорбента с биопрепаратом до достижения заданной концентрации загрязняющего вещества в грунте, причем в качестве сорбента используют глауконит, а в качестве биопрепарата - поликультуру, перед внесением в грунт сорбента с биопрепаратом производят замеры концентрации загрязняющего вещества, определяют объем сорбента, на границе проникновения загрязнения в грунт в нижней части загрязненного слоя помещают экранирующую прослойку из биогумуса, увлажнение загрязненного грунта производят после распределения объема сорбента с биопрепаратом, эффективными микроорганизмами и ферментированным компостом по поверхности загрязненного грунта с одновременным перемешиванием (см. патент РФ на изобретение №2475314, МПК B09C 1/10, B09C 1/08,опубл. 20.02.2013 г.).
Недостатком известного способа является то, что для поддержания необходимого режима работы микроорганизмов приходится неоднократно производить увлажнение, что приводит к лишним затратам, кроме того, нарушается биологический ритм работы микроорганизмов из-за утраты стабильности температурного режима в результате очередного увлажнения.
Технической задачей изобретения является создание более простого и эффективного способа детоксикации грунта, загрязненного нефтью и нефтепродуктами, обеспечивающего снижение времени детоксикации, в результате поддержания стабильной влажности и температурного режима, что позволит повысить эффективность детоксикации и экономить материальные и сырьевые ресурсы.
Поставленная задача решается в способе детоксикации грунта, загрязненного нефтью и нефтепродуктами, включающем внесение в него природного сорбента с биопрепаратом до достижения заданной концентрации загрязняющего вещества в грунте, причем в качестве сорбента используют глауконит, а в качестве биопрепарата - поликультуру, перед внесением в грунт сорбента с биопрепаратом производят замеры концентрации загрязняющего вещества, определяют объем сорбента, на границе проникновения загрязнения в грунт в нижней части загрязненного слоя помещают экранирующую прослойку из биогумуса, увлажнение загрязненного грунта производят после распределения объема сорбента с биопрепаратом, эффективными микроорганизмами и ферментированным компостом по поверхности загрязненного грунта с одновременным перемешиванием, причем концентрацию загрязняющего вещества определяют послойно, а количество слоев загрязненной почвы с концентрацией загрязнения слоя, не менее чем вдвое различной друг от друга, делают не менее двух, для сохранения заданного режима влажности, соответствующего эффективной работе микроорганизмов, в экранирующую прослойку и в загрязненный грунт вводят водонабухающий полимер, а температурный режим для активизации биологических процессов поддерживается путем введения в загрязненный грунт органики (навоз, торф, опилки, остатки растительности), причем объем органики в экранирующей прослойке должен составлять как минимум вдвое больше, чем в загрязненном грунте.
Технологический процесс детоксикации грунта, загрязненного нефтью и нефтепродуктами, осуществляется следующим образом.
3
Вначале замеряют концентрацию загрязняющего вещества в грунте, вывезенном на площадку депонированного хранения загрязненного грунта, затем создается экранирующая прослойка из биогумуса, органики и водонабухающего полимера, далее на экранирующую прослойку, образованную с помощью технических средств (экскаватора, грузового автомобиля, бульдозера), укладывается масса, полученная следующим образом: на поверхность площадки укладывается слой смеси компоста, сорбента, органики, водонабухающий полимер, биопрепаратов и ЭМ-препарата толщиной 8-10 см, затем на его поверхность укладывают слой грунта, загрязненного нефтепродуктами, толщиной не более толщины слоя смеси, но и не менее его половины толщины, затем слой смеси толщиной 8-10 см, затем слой загрязненного грунта и так далее, при этом верхним слоем должен быть слой смеси сорбента, компоста, органики, водонабухающего полимера, биопрепаратов и ЭМ-препарата, а общее количество слоев не должно быть меньше трех, затем слои перемешиваются смесителем непрерывного действия. Затем производится увлажнение загрязненного грунта. Необходимый и достаточный расход смеси на 1 м определяется из соотношения:
c
гр
1
зад
V=V·k/k,
гр
3
где V - объем грунта, м;
1
3
k - среднеарифметическое значение остаточной концентрации (мг/м) нефтепродуктов в смеси грунта, компоста, биопрепарата и сорбента, ЭМ-препарата;
зад
3
k - заданная концентрация (мг/м) достижения остаточного загрязнения грунта нефтепродуктами.
1
Для определения k значения остаточной концентрации измеряется не менее чем из трех слоев по истечении 5-7 суток после смешения грунта, компоста, биопрепарата и сорбента, ЭМ-препарата.
При этом объем грунта в слоях остается неизменным, объем компоста, органики, биопрепарата и ЭМ-препарата в последующем слое не меньше, чем в предыдущем, а объем сорбента в каждом слое отличается друг от друга не менее чем на 10%.
Если грунт загрязнен на глубину более, чем определенную по формуле:
<mrow><msub><mi>h</mi><mrow><mi>з</mi><mi>а</mi><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><msub><mi>h</mi><mrow><mi>у</mi><mi>к</mi><mi>л</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>з</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
<mrow><msub><mi>h</mi><mrow><mi>з</mi><mi>а</mi><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>10</mn><mo>…</mo><mn>8</mn><mtext> </mtext><mi>с</mi><mi>м</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>з</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
пример
разр
K=1,04…1,3 - коэффициент разрыхления загрязненного грунта, и концентрация загрязнений по слоям различается, тогда необходимо снять верхний слой на глубину, не превышающую толщину укладываемого слоя с учетом разрыхления грунта, но не более 10 см.
Водонабухающий полимер (AK 639, Seurvey R2) применяется при ликвидации зон интенсивного поглощения или водопроявления при проведении или бурении скважин. Изолирующие составы поглощают воду или водные растворы и удерживают их в своей структуре. При взаимодействии реагента с водой происходит увеличение объема частиц полимера, за счет чего последние удерживаются в объеме пор и блокируют их. Водонабухающий полимер позволяет удерживать влагу, тем самым сохранять водный режим при детоксикации нефтезагрязненного грунта.
Биодеструкция связанных углеводородов осуществляется естественным путем за счет жизнедеятельности содержащегося в сорбенте биопрепарата, включающего культуры углеводородоокисляющих микроорганизмов и ассоциацию почвенных нефтеокисляющих бактерий, мицелиальные грибы, при этом сорбент становится естественным органическим удобрением. При температуре грунта выше +15°C используются культуры углеводородоокисляющих микроорганизмов и ассоциация почвенных нефтеокисляющих бактерий подобранных биопрепаратов в зависимости от состава нефтепродуктов, загрязняющих грунт. При температуре грунта от +15°C и ниже используются мицелиальные грибы, например Penicillium, Trichoderma, Cahdida-мицелиальные грибы, деструктурирующие нефтепродукты, которые прекращают работу при отрицательных температурах и возобновляют свою работу при установлении стабильных положительных температур грунта выше 0°C. Биоактивированный сорбент ускоряет биохимическую деструкцию нефтепродуктов и обеспечивает как очистку почвы, донных отложений, так и объекта в целом. Эффективность биоактивированного сорбента намного выше, чем простого глауконита, за счет повышения качества очистки загрязненных грунтов нефтепродуктами.
Биоактивированный сорбент состоит из глауконита и дополнительно содержащегося в нем биопрепарата. Биопрепарат является поликультурой, имеющей в своем составе один или несколько видов микроорганизмов. Так как каждый вид микроорганизмов проявляет наибольшую активность для отдельных фракций нефти, то при использовании достигается наибольшая эффективность потому, что обрабатываются несколько фракций нефтепродуктов сразу с равномерной скоростью.
Культуры углеводородокисляющих микроорганизмов и ассоциация почвенных нефтеокисляющих бактерий могут работать только при положительных температурах не ниже +15°C, при понижении температуры ниже +15°C их производительность резко снижается и они погибают. Мицелиальные грибы могут работать при низких температурах (ниже +15°C), а при температурах ниже +5°C грибные споры не погибают, а впадают в спячку до весны. Благодаря высокой устойчивости мицелиальных грибов к экстремальным факторам исходная активность восстанавливается после зимнего периода через 2-3 недели при положительной температуре, они продолжают деструктурировать нефтепродукты дальше, без постороннего вмешательства, т.е. грибы «страхуют» микроорганизмы и бактерии, и когда заканчивается питательная среда (т.е. нефтепродукты), споры грибов впадают в спячку. Если в этом месте опять будет розлив нефтепродуктов, то сорбент, биодеструктурированный биопрепаратом, снизит концентрацию нефтепродуктов и споры грибов опять начнут работать, то есть будет пролонгированное действие сорбента и спор грибов.
Для поддержания положительного температурного режима вводят органику. Причем ее количество равно 1/4 от объема загрязненного нефтью и нефтепродуктами грунта.
Экранирующая прослойка, состоящая из биогумуса органики и водонабухающего полимера, обеспечивает защиту от проникновения загрязнения глубже в грунт и защиту от подъема грунтовых вод. При набухании полимер увеличивается в объеме, затем, отдавая влагу, одновременно увеличивает порозность грунта, что способствует активизации деструкционных процессов в грунте.
Используемые биопрепараты могут подбираться в соответствии с условиями для решения различных задач использования и обладать различными характеристиками по:
- маловосприимчивости к резким колебаниям температуры;
- активности при значительном химическом загрязнении среды;
- адаптированности к средам с повышенной соленостью;
- работать непосредственно в толще нефти и/или нефтепродуктов.
3
Эффективность использования биопрепаратов: биопрепараты должны быть способными очищать воду, содержащую более 25% нефти, и почву с загрязненностью выше 250 кг/м. В воде эффективность обработки должна достигать 95%, в почве 99%.
Предложенный способ детоксикации грунта иллюстрируется следующим примером.
2
На загрязненном участке площадью 150 м глубиной проникновения до 0,2 м проводилась детоксикация грунта загрязненного нефтью и нефтепродуктами с последующим посевом фитомелиоративной культуры (на территории села Карякино Карамышского муниципального образования Татищевского района Саратовской области). Посев производился методом разбрасывания с завышенной в 2 раза нормой высева, что обеспечило быстрое закрытие поверхности поля всходами растений. В качестве фитомелиоративной культуры целесообразно было использовать многолетние травы или однолетние культуры с глубоко проникающей разветвленной корневой системой. Использовались донник однолетний, люцерна, рожь озимая. Основной эффект после проведения детоксикации достигался в первые 2-3 года.
Влияние соотношения компонентов состава на восстановление земель загрязненных нефтью и нефтепродуктами и на урожайность фитомелиоративной культуры, донника однолетнего, приведены в таблице.
№ опыта
Наименование компонента
Доля компонента в смеси
Снижение концентрации, %
Урожайность донника однолетнего, ц/га
1
органика, кг на 1 м<sup>2</sup>
30
26,0
70
водонабухающий полимер, % от объем загрязненного грунта
0,01
2
органика, кг на 1 м<sup>2</sup>
33
33,2
110
водонабухающий полимер, % от объем загрязненного грунта
0,05
3
органика, кг на 1 м<sup>2</sup>
36
41,4
140
водонабухающий полимер, % от объем загрязненного грунта
0,1
4
органика, кг на 1 м<sup>2</sup>
40
41,8
140
водонабухающий полимер, % от объем загрязненного грунта
0,15
Как видно из таблицы, соотношение компонентов органики, водонабухающего полимера в общей смеси состава по 1-у и 4-у вариантам не обеспечивает полноценного урожая фитомелиоративной культуры. В 1-м варианте недостаток компонентов для создания благоприятных условий для роста растений. А из 4 опыта видно, что урожайность осталась такой же, как и в опыте 3, но количество компонентов было увеличено что свидетельствует о перерасходах.
Область применения предложенного способа детоксикации загрязненного грунта: предприятия нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности; хранилища нефти и нефтепродуктов; депарафинизация нефтяных скважин; очистка буровых шламов; очистка балластных вод, нефтяных цистерн и танкеров; очистка территорий аэропортов, депо, моечных и заправочных станций; очистка вод от углеводородных загрязнений.
Предложенный способ позволяет производить очистку различных типов грунтов, загрязненных нефтепродуктами и пластовой жидкостью. Введение органики и водонабухающего полимера позволит повысить эффективность работы микроорганизмов, тем самым сократить время детоксикации загрязненного нефтью и нефтепродуктами грунта и снизить затраты.