Биотехнологическая очистка углеводородов нефти

 

Биоконвеер «ВИЯ»

 

В НИИ экологии и рационального  использования природных ресурсов Тюменского государственного университета разработан Биоконвеер «Вия», предназначенный для очистки водоемов от разливов нефти и нефтепродуктов, преимущественно малых рек, ручьев и водотоков.

 

Нефтесорбирующий бон состоит из сердечника, трубчатой оболочки и носителя. Трубчатая оболочка изготовлена из синтетического материала, например, ленточного капрона, который соединяется таким образом, что образует цилиндрическую поверхность – герметичную трубу, которая располагается вокруг сердечника и обеспечивает плавучесть бона. Трубчатая оболочка жестко соединена с носителем по длине с одной стороны сердечника или с двух противоположных сторон сердечника. Носитель выполнен в виде полимерных сорбирующих волокон с различной плотностью, чередующихся между собой. Полимерные волокна носителя, обладающие сорбирующими свойствами, пропитывают составом из микроорганизмов и биогенного питания, например, клетки Pseudomonas putida 36 и Arthrobacter oxydans-091 в комплексе с минеральными добавками аммонийных и фосфорных солей, обладающим высокой деструктивной способностью к нефти и нефтепродуктам.

 

Была проведена серия  испытаний нефтесорбирующего бона для очистки от нефтяного загрязнения малой реки Парки на территории ОАО «Юганскнефтегаз». Результаты анализов проб воды на содержание нефтепродуктов показали снижение концентрации с 29,85 мг/л до 3,18 мг/л в течение 30 дней. Резко снизилось содержание нефтепродуктов на поверхности воды в пленке с 2,6 мг/см2 до 0,06 мг/см2.Заграждения из нефтесорбирующего бона обладают:

 

- высокой нефтесорбирующей способностью;

 

- высокой барьерной функцией  для оконтуривания нефтяных пятен  в открытых проточных водоемах  и в качестве заграждающего  экрана для удержания нефти,  нефтепродуктов в толще воды;

 

- высокой деструктивной  способностью, т. к. содержит живые  адсорбированные клетки микроорганизмов,  что способствует микробиологической  деструкции нефти и нефтепродуктов;

 

- простотой конструкции,  что дает возможность быстрой  установки практически в любом  месте на реке.

 

Таким образом Биоконвеер «Вия» позволяет снизить негативные последствия аварийных ситуациях, когда в водотоки попадает огромное количество нефти.

 

 

 

Глава 3. Интенсивная биотермическая обработка шламовых отходов нефтяного  комплекса

 

Деятельность предприятий  нефтяного комплекса приводит к  образованию объемов шламовых отходов: шламов чистки резервуарных парков и  оборудования, осадков и избыточных активных илов сооружений биологической  очистки сточных вод, шламов химводоочистки теплоэлектроцентрали нефтеперерабатывающего завода (ТЭЦ НПЗ) и др.

 

В крупных градопромышленных агломерациях на долю нефтешламов приходится до 30 — 40% совокупного объема продуцируемых отходов. Большое количество шламов размещено в накопителях нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, в результате из использования выводятся сотни гектаров полезной территории.

 

В табл. 1 представлены ориентировочные  годовые объемы некоторых видов  шламовых отходов, образующихся на НПЗ  мощностью до 10 млн. т/год по сырой  нефти.

 

 

 

Нефтешламовые отходы представляют собой сырье, пригодное к использованию в качестве грунтоподобных материалов экранирования полигонов, рекультивации несанкционированных свалок, заполнения выемок отработанных карьеров. Однако перед утилизацией они должны подвергаться обработке в целях снижения токсичности путем разложения углеводородов.

 

Перспективным способом разложения токсичных нефтепродуктов в шламовых отходах является биотермическое компостирование.

 

Сотрудники Самарского государственного технического университета разработали  технологии интенсивного биотермического  компостирования нефтешламовых отходов для их последующей утилизации в качестве рекультивационных материалов

 

При разработке технологии решались следующие задачи:

 

• интенсификация аэробной биодеструкции углеводородов в шламовых отходах, имеющих неблагоприятный для компостной микрофлоры химический состав;

 

• исследование возможности  применения для биообработки углеводородсодержащих шламов добавок на основе отходов вспомогательных производств нефтетехнологического комплекса взамен природных материалов;

 

• функционально-компоновочное  и конструктивно-технологическое  оформление сооружений интенсивной биодеструкции нефтешламов.

 

Биотермическая обработка  шламовых отходов осуществляется с  использованием порообразующих и инокулирующих добавок на основе природных материалов: перлита, торфа, лигнина, древесных отходов, отходов агропромышленного комплекса и др. [1].

 

Добавки создают в нефтешламовой смеси условия, благоприятные для жизнедеятельности аэробной компостной микрофлоры. Некоторые добавки, такие, как лигнин и доломитовая мука, выполняют функции нейтрализаторов, корректируя реакцию среды. Массовые соотношения шламовых отходов и добавок лежат в пределах от 1:0,5 до 1:2. Большие объемы добавок на основе природного сырья, удаленность источников их образования от нефтеперерабатывающих предприятий и соответственно высокая стоимость транспортировки сдерживают массовое применение технологий компостирования шламов.

 

С целью снижения затрат предлагается заменять природные добавки  материалами на основе шламовых отходов  нефтяного комплекса: осадками и  активными илами сооружений очистки  нефтесодержащих стоков, шламами  водоподготовки, золошлаками ТЭЦ НПЗ и др. Такие отходы имеют ресурсное, технологическое и генетическое сродство с обрабатываемыми нефтешламами и позволяют реализовать принцип "обработки подобного подобным [2].

 

В табл. 2 приведен состав некоторых  отходов нефтяного комплекса, пригодных  для производства рекультивационных материалов, а также инокулирующих и порообразующих добавок компостирования нефтешламов.

 

Перед биотермическим компостированием нефтешламов проводится их декантация с отделением водной фазы и свободных углеводородов. Затем нефтешламы транспортируются на специализированные сооружения биообработки. Здесь их смешивают с порообразующими и инокулирующими добавками. Исходная смесь формируется в виде пласта или штабеля и подвергается аэрации в естественных (периодическое перемешивание) или искусственных (продувка) условиях.

 

Жизнедеятельность аэробной нефтеразрушающей микрофлоры приводит к биохимическому распаду углеводородов с выделением теплоты (явление термогенеза). При этом общая продолжительность разложения основной массы углеводородов в шламовых отходах в классических схемах составляет от 6 месяцев до 2 лет в зависимости от природных условий и способов интенсификации. Процесс компостирования нефтешламов описывается температурно-временной характеристикой [1, 3].

 

Компостирование нефтешламов по классической схеме сопровождается последовательной сменой температурных фаз.

 

Фаза нарастания температур является лимитирующей. Чем быстрее  процесс выйдет на термофильный режим  в диапазоне температур от 50 до 70°С, тем быстрее произойдет биоразложение основной массы нефтепродуктов в шламах.

 

Накопленный авторами опыт показывает, что в компостируемых нефтеотходах процесс выхода на термофильную стадию длителен, иногда продолжается до полугода. Это связано с биоингибированием природной компостной микрофлоры токсичными углеводородами шламов. Например, биоразложение нефтепродуктов, осуществлявшееся по классической схеме без интенсификации, протекает не менее года.

 

Для интенсификации процесса в условиях жесткого метаболизма  рекомендуется проводить инокуляцию или вводить в шламовую смесь  стартовые дозы микроорганизмов, адаптированных к разложению нефтепродуктов. В качестве аборигенной микрофлоры-инокулятора предложено использовать осадки первичных отстойников и избыточный активный ил сооружений биологической очистки сточных вод НПЗ. При этом в компостируемый материал вносится дополнительный субстрат, содержащий доступные формы биогенных элементов.

 

 

 

Рис. 2

 

Низкие значения рН = 5-5-6, например, в шламах первичной переработки высокосернистой нефти также препятствуют протеканию термогенеза. Это вызвано подавлением активации компостной микрофлоры с цистированием части микробных клеток и невозможностью их выхода из спорового состояния. Со временем микрофлора адаптируется к низким значениям рН. Однако время адаптации составляет не менее 2 — 3 мес, а в холодное время года — и до полугода, что, естественно, приводит к увеличению общей продолжительности обработки, размеров земельных площадей, отторгаемых под компостирование, и капитальных затрат на сооружения.

 

 

 

Рис. 3

 

Для ускорения обработки  кислых шламов авторами предложено использовать добавки на основе щелочных шламов химводоочистки и шлаков ТЭЦ НПЗ, пригодных в качестве корректоров реакции среды (Пат. 2250146 РФ).

 

Один из способов интенсификации биотермической обработки — управление аэрацией, размерами и формой штабелей компоста в зависимости от стадийности  процесса. Например, на фазе роста температур с одновременной инокуляцией  смеси стартовыми дозами адаптированной микрофлоры аэрация должна осуществляться в непрерывном режиме, а толщина  слоя компоста, подвергаемого продувке, должна быть не более 1,5 — 2 м.

 

После подъема температуры  выше 50°С смесь из инокулируемых штабелей перемещают в высоконагружаемый кавальер высотой до 6 — 8 м, а аэрацию проводят периодически, контролируя динамику термогенеза и степень распада углеводородов. На этой фазе можно использовать компостируемый материал для производства экранов биологической рекультивации полигонов.

 

С выходом компостируемой смеси на стадию медленного падения  температуры полученный компост  переносят в бурт дозревания и  гуммификации.

 

Полученный рекультивационный материал можно использовать для заполнения отработанных карьеров, в планировочных работах, а также для технического экранирования заполненных накопителей промышленных отходов на стадии их ликвидации или консервации.

 

Температурно-временная  характеристика компостирования нефтешламов с использованием интенсивных технологий представлена на рис. 3. Благодаря внесению инокулирующих и нейтрализующих добавок продолжительность процесса по сравнению с классической схемой оказалась почти в 2 раза меньше и составила 202 сут. вместо одного года (см. рис. 2). Ускорению процесса также способствовало выделение функциональных зон в общей технологической цепочке компостирования нефтешламов (зоны инокуляции, высоких температур, дозревания и гумификации) и дифференцированное управление аэрацией в каждой из них в соответствии с динамикой термогенеза.

 

Выделение при компостировании  дифференцированных температурных  зон и интенсивное управление процессом в каждой из этих зон  стало основой для конструктивно-технологического и функционально-компоновочного оформления сооружений по биодеструкции нефтепродуктов в нефтесодержащих шламах. На рис. 4 представлен комплекс по биодеструкции нефтешламовых отходов, разработанный авторами и успешно внедренный на одном из предприятий Самарской области.

 

Производительность комплекса  составляет 10 тыс. т шламов в год, в том числе: нефтешламов и замазученных грунтов — 5 тыс. т; шламов и избыточных активных илов канализационно-очистных сооружений НПЗ — Зтыс.т; по шламам химводоочистки ТЭЦ НПЗ — 2 тыс. т.

 

 

 

Рис. 4. Комплекс по биодеструкции нефтешламовых отходов

 

После обработки на комплексе  шламы с остаточной концентрацией  углеводородов 0,5 — 1,0% по массе были использованы в качестве грунтоподобных материалов при рекультивации ряда объектов размещения бытовых и промышленных отходов Самарской области.

 

Внедрение комплексов биодеструкции шламов на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях позволяет сократить площадь земель, отторгаемых под размещение шламов, в десятки раз и снизить нагрузку на все компоненты окружающей природной среды.

 

биотехнология экологический очистка нефть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

 

 

1. Экологическая биотехнология / Пер. с англ. под ред. К.Ф. Форстера, Д.А.Дж. Вейза. Л.: Химия, 1990.

 

2. Одум Ю. Экология / Пер. с англ. под ред. В.Е. Соколова: В 2-х т. М: Мир, 1986.

 

3. Чертес, К.Л., Туровский, И.С. Технология компостирования осадков сточных вод. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1991.