Очистка углеводородов нефти биотехнологическими методами

 

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. ОБРАБОТКА ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ  НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ БИОТЕРМИЧЕСКИМИ  МЕТОДАМИ

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.

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].

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.

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.

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. 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. 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.

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. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Экологическая биотехнология  / Пер. с англ. под ред. К.Ф.  Форстера, Д.А.Дж. Вейза. Л.: Химия, 1997.

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, 1998.

4. Экологический портал http://ecokub.ru/