CC BY
36
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | НАУКИ О ЗЕМЛЕ
149
ную и нефтяную фазы СВЧ энергией, нагретым до температуры 60-200°С. Далее выходной продукт попадает в приемник (усеченную круглодонную колбу), после чего используются специализированные емкостные шприцы для отбора готового продукта, а замазученные механические примеси и водно-иловую суспензию обрабатывают в аппарате-культиваторе микроорганизмами и грибной микрофлорой с получением тяжелых металлов, песка и глины для использования в промышленности [2]. Изобретение высокоэффективно при обработки нефтешлама, имеет низкие затраты на переработку нефтяных отходов, и исключает из процесса использование дорогостоящих реагентов и технологий, а также обеспечивает экологическую чистоту.
Список литературы
1. Зуев О. Ю. Исследование процессов переработки твердого нефтешлама с применением растворителей: бакалаврская работа, Казань, 2015.
2. Зоркин Е.М. Способ обработки нефтешлама: пат. 2 396219 С1 Рос. Федерация. № 2008147031/15; за-явл. 28.11.08; опубл. 10.08.10, Бюл. №22. 9 с.
3. Министерство Природных Ресурсов и Экологии Российской Федерации [Электронный ресурс]: «На
сегодняшний день выявлено почти 77 тыс. мест незаконного складирования отходов, вред почвам от этого превысил 7 млрд рублей»; Ин-т «Прессслужба Минприроды России». М., 2014. URL: http://www.mnr.gov.ru/news/detail.php?ID=134377& sphrase_id=536093 (дата обращения: 16.05.2014)
4. Миннигалимов Р. З. Разработка технологии переработки нефтяных шламов с применением энергии ВЧ и СВЧ электромагнитных полей: диссертация на соискание доктора технических наук, Уфа, 2011.
5. D.A. Vedenkin, R.E. Samoshin, O.Yu. Zuev Laboratory complex for processing of oily waste using microwave thechnology in a Proceedings of X Anniversary International Conference on Antenna Theory and Techniques, April 21 - 24, 2015 year -Kharkiv: - Kharkiv, Ukraine: Publishing house of Ukrainian National Antenna Association, 2015. - P. 396-398.
6. D.A. Vedenkin, R.E. Samoshin, O.Yu. Zuev Treatment of oil sludge using microwave energy in a Proceedings of X Anniversary International Conference on Antenna Theory and Techniques, April 21 - 24, 2015 year -Kharkiv: - Kharkiv, Ukraine: Publishing house of Ukrainian National Antenna Association, 2015. - P. 399-401.
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ НА ВЕРХНИЙ СЛОЙ ПОЧВЫ И ЗЕМЛЮ И ПЕРЕРАБОТКА НЕФТЕШЛАМОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ РАСТВОРИТЕЛЯ
Каримов Айрат Габдулхамитович, Курангышев Анрей Вячеславович, Кешишев Анатолий Сергеевич
Студ. 3-ого курса КНИТУ-КАИ, ИРЭТ, г. Казань
АННОТАЦИЯ
Представлены результаты численных и экспериментальных исследований обработанного нефтешлама с применением растворителя вода, получена очищенная земля и дистиллированная вода. Особенностью данных исследований заключается в том, что в настоящее время для решения проблемы инженерной защиты окружающей среды, применение СВЧ энергии является одной из выгодных по расчетам затрат и эксплуатации.
ABSTRACT
The paper presents results of numerical and experimental studies of cultivated land, and water to produce clean earth and distilled water. A feature of these studies is that at the present time to solve engineering and environmental protection, the use of microwave energy is one of the best on the calculations of costs and operation.
Ключевые слова: Микроволновые технологии, обработка нефтешламов, нефтесодержащих отходов, результаты микроволнового нагрева нефтешлама.
Keywords: Microwave technology, processing oil sludge, oily waste, results of oil slime microwave heating.
Предлагаемый метод очистки земли от углеводородных продуктов (нефтесодержащих) основан на облучении загрязненной нефтью земли с использованием СВЧ энергии в результате чего легкие фракции освобождаются с дистиллированной водой. Суть этого метода заключается в задании линейно увеличивающейся температурs с помощью увеличения длительности импульсов работы магнетрона и времени на каждый этап, впоследствии, объединенная фракция разлагается и на выходе установки мы получаем воду и легкие фракции нефти.
Главный ущерб который ежегодно наносит нефтедобывающие компании по массивам земель это почва. Если попытаться разобрать почву, как гетерогенную систему, то можно увидеть следующие основные аспекты:
a) Твердая часть - состоит из минеральных, (являющихся основными), органических и биологический компонент;
b) Жидкость - почвенный раствор;
c) Газообразный - почвенный воздух.
Почва хранит в себе огромное количество живых систем, которые не устойчивы к огню, сильным холодам, и углеводородосодержищим продуктам. Почва, это биоминеральная, развивающееся динамически, биокостная система, которая постоянно находиться в материальном и энергитическом взаимодействии с внешней средой. В основном состав почвы основывается на трех элементах - из кварца (SiO2) и алюмосиликатов (А12О3,) и воды (Н2О)в различных соотношениях.
Твердая или как её ещё называют разноразмереные гранулированный состав почвы представляет собой условно размеры, того или иного песка. Поскольку почва — это синтез полезных минералов и твердых гранул [4].
Выявлены три следующие экологических фактора взаимозаменяемых при загрязнении нефтью:
а) сложность, уникальная поликомпонентность состава нефти, находящейся в состоянии постоянного изменения;
150
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | НАУКИ О ЗЕМЛЕ
б) сложность, гетерогенность состава и структуры любой почвы, находящейся в процессе пocтoяннoгo развития и изменения;
в) многообразие и изменчивость внешних факторов, под воздействием которых находится система: температура, давление, влажность, состояние атмосферы, гидросферы и др.
Следуя выше описанному, следует отметить что oценивaгь последствия нефтяного загрязнения необходимо с учетом конкретного сочетания этих трех групп фaкторoв.
Нефть - это высокоорганизованная субстанция, состоящая из большого количества различных компонентов. Нефть деградирует в почве очень долго, процессы окисления одних структур ингибируются другими структурами, изменение видов отдельных соединений идет по пути приобретения форм, трудноокисляемых в дальнейшем. На земной поверхности нефть оказывается в другой форме -в аэрируемой среде. Главный механизм окисления углеводородов разных классов в аэробной среде следующий: внедрение кислорода в молекулу, замена связей с малой энергией разрыва (С-С, С-Н) связями с большой энергией, следовательно, процесс протекает самопроизвольно.
Вредное экологическое влияние асфальто - смолистых компонентов на почву является не столько в химической токсичности, сколько в значительном изменении физических свойств почв. Если нефть просачивается сверху, ее асфальто - смолистые компоненты сорбируются, в основном, в верхнем, гумусовом горизонте, иногда прочно цементируя его. При этом уменьшается поровое пространство почв. Асфальто - смолистые компоненты гидрофо-бны. Обволакивая корни растений, они в течении нескольких дней ухудшают поступление к ним влаги, в результате чего растения погибают.
Основной целью исследования загрязнений природной среды является скорейший, быстрый возврат непригодных для использования земель в сельскохозяйственное производство, восстановление их первоначальной продуктивности.
Как только нефть попадает в землю, плодородную, начинаются окислительные реакции, тут же количество
микроорганизмов увеличивается и начинается процесс разложения обезвоживания нефти естественным путем. В различных регионах скорость разложения нефти в почве по данным разных авторов различается в пять и более раз. Восстановление первоначальной продуктивности земель при активной рекультивации происходило в одних случаях в течение года, в других растягивалось от нескольких лет: до 12 и более. Выделяют следующие этапы деградации нефти в почве:
I этап (первые 1-1,5 года). Имеют место физико-химические процессы: распределение углеводородов по профилю, испарение, вымывание, ультрафиолетовое облучение. К концу первого года полностью исчезают налканы. Происходит приспособление к новым условиям и плавное увеличение количества микроорганизмов, особенно углеродокисляющих.
II этап (3-4 года). Частичная биохимическая деструкция сложных гибридных молекул, изменение состава нефти. Вспышка численности микроорганизмов, к концу этапа - ее снижение.
III этап (для исследуемых зон через 4-5 лет). Исчезновение остаточной нефти в исходных и вторичных парафиновых углеводородах.
Сбор и хранение нефтешламов, чаще всего, осуществляется на специально отведенных для этого площадках или в бункерах без какой-либо сортировки или классификации. В шламонакoпителях происходят естественные процессы природной окружающей в ней среды -накопление атмосферных осадков, развитие микроорганизмов, протекание окислительных и других процессов, которые ведут к самовосстановлению почвенного покрова.
В регионах, где раньше процветало различные земледельческие культуры, сейчас опустошены, плодородный слой почвы уменьшается и многие обеспокоены этой ситуацией. При решении проблемы переработки нефтешлама, удается решить и эти проблемы.
Рассмотрим метод переработки нефтешлама подробнее. Сперва требуется выбирать оптимальный режим работы, для этого было проведен ряд опытов, после которых был выбран порядок указанный в таблице 1.[3]
Табл. 1
Уровень мощности генератора
Номер эксперимента Р(мощность),% ^время), сек Т(темпе-ратура), °С Примечание
12. 30 900 25
13. 50 900 34
14. 70 900 47
15. 70 900 55
16. 70 900 60
17. 70 900 69
18. 70 900 70
19. 70 900 75
20. 70 900 77 появился слабый дым
21. 70 900 80
22. 70 900 85
Эти данные необходимы для того, чтобы получить полный прогрев без ущерба технологическому процессу. Ясно и понятно, что при увеличении температуры объекта, получается больше испарений, однако это число не может быть чрезмерно большим, поскольку в этом случае возникает процесс битумизации (245°С) и сам процесс оказывается неконтролируемым, вследствие крайне высокой температуры паров и недостаточно низкой температуры охлаждающей камеры. Оптимальной нами считается
следующая методика: разогрев происходит в три этапа. В первом происходит прогрев до температуры 50-60°С. Во втором этапе прогрев до 110°С и в третьем до 146°С, в этапах для которых характерно превышение температуры из указанного диапазона, применяется уменьшение мощности, указанное в техническом регламенте. В случае низкой температуры медленного изменения показателя, напротив - увеличение мощности генератора. Тем самым достига-
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | НАУКИ О ЗЕМЛЕ
151
ется оптимальное режим прогрева и контролируемый процесс облучения. Выбрав оптимальный режим прогрева, помещаем нефтешлам в круглодонную колбу рис. 1. На ри-
сунке 1, показана структурная схема лабораторного микроволнового комплекса. Общая длина установки составляет- 1,14 метра.[5]
Рис. 1. Структурная схема лабораторной установки:
Для сбора полученных нефтепродуктов используются специализированные емкостные шприцы. Масса растворителя - воды 62гр. Масса нефтешлама 86гр; масса
приемника (без учета массы колбы, с воднонефтянной эмульсией) - 74гр.(12гр. углеводородного сырья), 2 грамма из нефтешлама улетучелось.
Рис. 2 - выходной продукт - отстойник(растворитель вода)
При использовании растворителя вода, углеводородный продукт является густой и не смешан с водой, в СВЧ диапазоне - дисперсия является поляризацией компонентов воды.
Следует отметить и то, что продукт на выходе состоит из воды, легких и тяжелых фракций и замазученного остатка. Способ обработки нефтешлама заключается в его подогреве, нейтрализации и разделении на твердую, водную и нефтяную фазы СВЧ энергией, нагретым до температуры 60-200°С. Далее выходной продукт попадает в приемник (усеченную круглодонную колбу), после чего используются специализированные емкостные шприцы для отбора готового продукта, а замазученные механические примеси и водно-иловую суспензию обрабатывают в аппарате-культиваторе микроорганизмами и грибной микрофлорой с получением тяжелых металлов, песка и глины для использования в промышленности [2]. Изобретение высокоэффективно при обработки нефтешлама, имеет низкие затраты на переработку нефтяных отходов, и исключает из процесса использование дорогостоящих реагентов и технологий, а также обеспечивает экологическую чистоту.
Список литературы
1. Зуев О. Ю. Исследование процессов переработки твердого нефтешлама с применением растворителей: бакалаврская работа, Казань, 2015.
2. Зоркин Е.М. Способ обработки нефтешлама: пат. 2 396219 С1 Рос. Федерация. № 2008147031/15; за-явл. 28.11.08; опубл. 10.08.10, Бюл. №22. 9 с.
3. Министерство Природных Ресурсов и Экологии Российской Федерации [Электронный ресурс]: «На сегодняшний день выявлено почти 77 тыс. мест незаконного складирования отходов, вред почвам от этого превысил 7 млрд рублей»; Ин-т «Прессслужба Минприроды России». М., 2014. URL: http://www.mnr.gov.ru/news/detail.php?ID=134377& sphrase_id=536093 (дата обращения: 16.05.2014)
4. Миннигалимов Р. З. Разработка технологии переработки нефтяных шламов с применением энергии ВЧ и СВЧ электромагнитных полей: диссертация на соискание доктора технических наук, Уфа, 2011.
5. D.A. Vedenkin, R.E. Samoshin, O.Yu. Zuev Laboratory complex for processing of oily waste using microwave thechnology in a Proceedings of X
152
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Anniversary International Conference on Antenna Theory and Techniques, April 21 - 24, 2015 year -Kharkiv: - Kharkiv, Ukraine: Publishing house of Ukrainian National Antenna Association, 2015. - P. 396-398.
6. D.A. Vedenkin, R.E. Samoshin, O.Yu. Zuev Treatment of oil sludge using microwave energy in a Proceedings
of X Anniversary International Conference on Antenna Theory and Techniques, April 21 - 24, 2015 year -Kharkiv: - Kharkiv, Ukraine: Publishing house of Ukrainian National Antenna Association, 2015. - P. 399-401.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ НЕФТЕШЛАМОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ РАСТВОРИТЕЛЯ ВОДА
Каримов Айрат Габдулхамитович, Курангышев Андрей Вячеславович, Шабров Игорь Сергеевич
Студ. 3-ого курса КНИТУ-КАИ, ИРЭТ, г. Казань
АННОТАЦИЯ
Представлены результаты численных и экспериментальных исследований обработанного нефтешлама с применением растворителя вода, получена очищенная земля и дистиллированная вода. Особенностью данных исследований заключается в том, что в настоящее время для решения проблемы инженерной защиты окружающей среды, применение СВЧ энергии является одной из выгодных по расчетам затрат и эксплуатации.
ABSTRACT
The paper presents results of numerical and experimental studies of cultivated land, and water to produce clean earth and distilled water. A feature of these studies is that at the present time to solve engineering and environmental protection, the use of microwave energy is one of the best on the calculations of costs and operation.
Ключевые слова: Микроволновые технологии, обработка нефтешламов, нефтесодержащих отходов, результаты микроволнового нагрева нефтешлама.
Keywords: Microwave technology, processing oil sludge, oily waste, results of oil slime microwave heating.
Предлагаемый метод очистки земли от углеводородных продуктов (нефтесодержащих) основан на облучении загрязненной нефтью земли с использованием СВЧ энергии в результате чего легкие фракции освобождаются с дистиллированной водой. Суть этого метода заключается в задании линейно увеличивающейся температурs с помощью увеличения длительности импульсов работы магнетрона и времени на каждый этап, впоследствии, объединенная фракция разлагается и на выходе установки мы получаем воду и легкие фракции нефти.
В настоящее время экологическая ситуация в нефтедобывающей отрасли такова что становиться актуальным вопрос об охране окружающей среды. В частности, существует проблема загрязнение земли нефтью. Проведенные анализы техногенеза, мест нефтедобычи и объектов на элементы природной среды показал, что технологические объекты разработки нефтедобывающих месторождений оказывают негативное влияние на все элементы природной среды в особенности на почву, растительность и животный мир. Основную экологическую опасность представляют аварийные ситуации, связанные с взрывопожаробезопасностью и разливами жидких углеводородов[1,5].
По данным Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации. (МПР) и региональному отделению[2] (РО) “Гринпис”, потери нефти и нефтепродуктов за счет аварийных ситуаций колеблются от 17 до 20 млн. т. ежегодно, что составляет около 7% объемов добываемой в России нефти. При стоимости 1 т нефти 65-70 долл. ущерб экономике России, не считая экологического, составляет 1.1-1.2 млрд. долл. Ежегодно происходит более 60 категоризированных аварий, а с учетом промысловых эта цифра возрастает до 20 тыс. случаев с соответствующими экологическими последствиями. Республика Татарстан относится к числу наиболее загрязненных нефтью регионов РФ, что связано, главным образом, с аварийными
прорывами трубопроводов. Количество прорывов и утечек достигает огромных размеров - 10-15 тыс. случаев ежегодно. На загрязненных участках урожаи сельскохозяйственных культур резко снижены или полностью отсутствуют. Кроме того, при загрязнении почв нефтью (за-мазучивание) снижение плодородия почвы и гибель растений происходят из-за высокой фитотоксичности легких фракций нефти и ухудшения свойств замазученной почвы в результате обволакивания почвенных частиц тяжелыми фракциями. Причиной утраты плодородия почв при загрязнении нефтепромысловыми сточными водами являются насыщение почвенно-поглощающего комплекса натрием (солонцевание) и накопление в почве избыточного количества водорастворимых солей (засоление). Наибольшей экологической проблемой является разрушение почвенного покрова в юго-восточных районах РТ, где как раз бурно развита нефтедобыча. Загрязненные участки чаще всего имеют сравнительно небольшую площадь, но они разбросаны по сельскохозяйственным угодьям. Наибольшие размеры имеют засоленные участки, которые образуются под действием нефтепромысловых сточных вод - от 5 до 10 га, иногда 15-30 га. Средние размеры замазученных участков примерно в 5-10 раз меньше площадей засоленных и 2-3 раза почв смешанного типа загрязнения (почва одновременно загрязнена и нефтью, и нефтепромысловыми сточными водами.
В условиях, когда загрязнение земли, водоемов и рек углеводородными продуктами приобретает глобальный характер, не многие могут предложить уникальный метод, при котором будет и польза, и выгода. Данный метод прост, не требует значительных затрат и больших по объему предприятий, достаточно лишь питание электричеством.
Рассмотрим предлагаемый метод подробнее. Сперва требуется выбирать оптимальный режим работы, для этого было проведен ряд опытов, после которых был выбран порядок указанный в таблице 1.[3]
