CC BY
21
Таким образом, независимо от сгюсоба очистки а.концентраций УВ процесс уменьшения содержаний УВ происходит более интенсивно на втором этапе очистки.
Библиографический список
1. Галкин В.И., Середин В.В., Бачурин Б.А. Применение вероятностно-статистических моделей при изучении распределения углеводородов в грунтах и выборе технологий их санации/Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 1999.
2. Середин В.В. Исследование пространственного распределения углеводородов в почвогрунтах и водах на территориях, загрязненных нефтью и нефтепродуктами/Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 1998.
Получено 22.01.99.
УДК 504-06 .. . ' ' "' :
В. В. Середин (ООО "Недра"), Д. В. Петров (ПермШШИнефть)
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ САНАЦИИ
Рассмотрены методологические вопросы оценки эффективности способов санации нефтезагрязненных территорий. Введен энергетический критерий выбора эффективных способов санации и описаны методы расчетов энергетических показателей.
Общая методология санации нефтезагрязненных территорий предполагает, что определение возможных способов санации необходимо для того, чтобы в дальнейшем выбрать из них наиболее эффективные. Этап оценки и выбора наиболее эффективных способов санации, зребует своих методологических подходов, которым посвящена данная статья.
Методологическое обоснование оценки эффективности способов сана-*' ции. Практика показывает, что при санации происходит разрушение углеводородов. Это означает, что каждая технология санации обладает определенным энергетическим потенциалом, расходуемым на это разрушение. Поэтому в ка-« честве обобщенного критерия, определяющего выбор эффективных способов санации, может быть использован'энергетический показатель.
Этот показатель имеет интегральный характер и состоит из .двух величин: количества энергии, выделяемой при конкретном способе бамации (Н-г), и количества внутренней энергии углеводородов (УВ). находящихся в естественных природных условиях (Н0). При условии
т>н0
оцениваемый способ санации будет работать. Определив количественные значения энергии* необходимой для санации нефтеза1рязненной территории, можно произвести оценку ее стоимости и необходимых временных затрат. Отсюда естественным образом формируется методика выбора и оценки эффективных способов санации, базирующаяся на анализе взаимовлияния и взаимосвязей между технологиями санации и энергией, необходимой для разрушения УВ в конкретных геоэкологических условиях.
Методика оценки энергии, необходимой для разрушения УВ загрязненных территорий: Для оценки показателя {На) необходимо обосновать геоэкологические факторы, влияющие на величину этого показателя. При их выборе надо рассматривать эти факторы в аспекте энергетической емкости УВ, находящихся в ёс+ёственных природных условиях.
Энергетическая емкость УВ соответствует количеству энергии (тепла), необходимого для разрушения УВ до воды и углекислого газа.
Наиболее существенными факторами, определяющими теплоемкость загрязненных УВ грунтов, являются:
1) тип и количество УВ в почвогрунтах;
2) тип почвогрунтов и их влажность.
Другие факторы (пористость и т.п.) имеют подчиненное значение.
Оценка энергии, необходимой на очистку нефтезагрязненных почвогрун-тов, производится следующим образом: первоначально определяется энергия разрушения УВ (чистых) по выделенным классам, затем рассчитываются энергии, необходимые на нагрев пород и на нагрев и испарение воды в породах. После чего по обобщенной формуле рассчитывается энергия разложения УВ, находящихся в породах. Обобщенный показатель (Н0) рассчитывается по формуле
Н0 = Яув тх + #гр т2 + Я30ДЫ т3,
где Нуъ - энергия разрушения 1 кг углеводородов, кДж; Ш\ - количество (масса) УВ, загрязняющих грунт, кг; Нх.р - энергия, необходимая на нагрев 1 кг грунта, кДж; «2 - количество (масса) грунта, кг; -йводы ~ энергия, необходимая на нагрев 1 кг воды, кДж; гщ - количество (масса) воды в грунтах, кг.
Методика расчета энергии, необходимой для разрушения УВ (Нуд).
Алгоритм расчета: первоначально рассчитывается энергия, необходимая на нагрев жидких УВ до температуры кипения (АН\), затем рассчитывается энергия, необходимая на перевод УВ из жидкой в газовую фазу (АН2), после чего вычислялась энергия на нагревание пара (газовой фазы) до его самовоспламенения (AHj).
Отсюда общая энергия разрушения углеводородов рассчитывается по формуле
Нуъ=АНу + АН2 + АН3.
По данной методике определены значения энергии разрушения чистых углеводородов НуВ, (кДж/кг), например, для:
бензина..................................... 2086
керосина.................................... 2037
нефти сырой............................... 17252
Таким образом, один из ведущих признаков геоэкологических, условий -тип (класс) углеводородов - описан посредством энергетического критерия Яув. . .. "
Методика расчета энергий, необходимых для нагрева грунтов и воды (Нур и Яводьу*- Оценка влияния горных пород на энергетический критерий осуществлялась с учетом того, что грунт необходимо нагреть, и только после этого возможна деструкция УВ.
Расчет энергии на нагрев фунтов производился но формуле
Д-р = С m(t2 — t\),
где С - теплоемкость породы, кДж/кг-К;
U - температура нагрева, °С;
11 - исходные температуры, t = 20°С;
т - масса грунта, кг.
При расчетах Нц, изменяются параметры С, a т является величиной постоянной.
Результаты расчетов энергии, необходимой на нагрев пород, приведены в табл. 1.
Для разложения нефти и нефтепродуктов необходимо нагреть не только УВ и грунты, но и воду, содержащуюся в породах.
Таблица 1
Результаты расчетов энергии на нагрев пород В:
Породы Энергия на нагрев пород H!v, кДж/кг
бензин Керосин дизтопливо мазут нефть
сырая
Песок 380 460 460 700 700
Глина 650 790 790 1200 1200
Песчаник 470 560 560 860. "•■••• 860
Алевролит 420 510 510 770 ; .. . , .770
Аргиллит 410 500 500 760 760 ...
Доломит 520 630 630 960 960
Известняк 430 510 510 780 780
Расчет энергии на нагрев и испарение воды в грунтах Нвот производится в три этапа.
Первый этап - рассчитывается энергия, необходимая на нагрев воды до температуры кипения:
/Лолы = С m(t2 ~ t\),
где С - теплоемкость воды, С = 4200 кДж/кг-К; t2 - температура нагрева, Z? = Ю0°С; /] - исходная температура, t\ = 20°С; m - масса, кг; Дюды = 336 кДж/кг.
Второй этап - определяется энергия, необходимая на перевод воды из жидкости
в пар:
#воды = 2260 кДж/кг.
Третий этап - расчет энергии, необходимой на нагрев водяного пара. С увеличением влажности в грунтах затраты энергии на нагрев и испарение воды //В0Ды (кДж/кг) возрастают:
бензин................................4000
керосин.............................. 4600
дизтопливо.......................... 4600
мазут................................. 5900
нефть сырая........................ 5600
Таким образом, разработана методика определения в цифровом виде энергетического показателя Н0, посредством которого оценивается энергия, необходимая для разрушения углеводородов в конкретных геоэкологических условиях.
Методика расчета энергий, выделяемых различными способами санации. Методики расчета показателей Ят различны для каждого конкретного способа санации и подробно изложены в работе /1/.
Методика оценки эффективных технологий санации. При оценке эффективных способов санации первоначально определяются граничные условия санации, прежде всего допустимое время очистки до требуемой концентрации УВ в почвогрунтах.
Далее оценивается энергия, необходимая на разложение всех типов УВ в почвогрунтах по всей территории санации, то есть полные энергетические затраты на санацию. По каждому из возможных способов санации определяется его энергетический потенциал, то есть энергия, которой обладает этот способ. Сравнением энергетического потенциала способа санации с необходимыми энергетическими затратами, а также расчетом времени, необходимого для очистки до допустимой концентрации УВ в почвогрунтах, определяется, удовлетворяет ли рассматриваемый способ заданным граничным условиям. Если время санации слишком велико или в допустимое время не может быть достигнута требуемая концентрация УВ в почвогрунтах, выбранный способ санации не может оцениваться как эффективный и необходимо либо рассматривать другой способ, либо менять грагагчные условия.
Для способов санации, удовлетворяющих заданным условиям, определяются ресурсы, 1ребуемые для очистки нефтезагрязненной территории, а также их стоимость. После дополнительных экономических; расчетов определяется общая стоимость санации тем или иным способом.
Анализ полученных таким образом временных, стоимостных и качественных (степень очистки) показателей позволяет определить наиболее эффективный способ санации.
Далее приводится пример применения методики выбора оптимальной технологии санации (для АО "Нефтехимик", Пермская область).
Для выбора оптимальных способов санации произведен расчет энергий, необходимых для разрушения УВ, находящихся в-конкретных условиях (На)ь по методике, изложенной выше.
Расчет эффективности технологий санации производился для следующих условий: время санации - 3 года, степень очистки - до ПДК. Условия территории санации:
5= 100 м2; /г - глубина санируемого слоя, /г = 0,6 м;
V- объем санируемой массы, У= 60 мл.
Но ~ 1500 кДж/кг почвогрунтов.
Результаты расчетов приведены в табл. 2, из которой видно, что использование агротехнического способа санации экономически наиболее эффективно. Следует отметить, что агротехнический способ санации также предпочтителен с точки зрения сохранности биоты в почво1рунтах и их дальнейшего использования.
Таблица 2
Сводная таблица стоимости санации 100 м2 территории АО "Нефтехимик"
Способ санации Объем санации, м3 Продолжительность санации Стоимость работ, руб. Стоимость 1 м"' санации, долл.
Термический 60 3 года 5720 11,87
ЭлеюгромаШитный (УФ-облучение) 60 3 года 14494 30,20
Химический (озонирование) 60. 1 год 23880 50,0
Агротехнический 60 3 года 290 ~ 1,0
Таким образом, предложен методологический подход к выбору эффективных способов санации, основанный на энергетическом критерии. Он дает возможность перейти от качественной оценки эффективности санации к количественной.
Библиографический список 1. Середин В.В. Оценка геоэкологических условий санации территорий, загрязненных нефтью и нефтепродуктами/Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 1998.
2. Галкин В.И., Середин В.В., Бачурин Б.А. Применение вероятностно-статистических моделей при изучении распределения углеводородов в хрунтах и выборе технологий их санации/Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 1999.
Получено 18.01.99.
УДК 504.06
В. В. Середин (ООО "Недра") КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА САНАЦИИ
Методами линейного дискриминантного анализа построены математические модели для комплексной оценки эффективности процесса санации по показателям, определяющим эту эффективность. Разработанные модели могут быть применены на практике для управления процессом санации нефтезагрязяенных территорий.
В работе /1/ показано, как изменяется концентрация углеводородов, степень очистки, характер изменения содержаний углеводородов по разрезу и глубине, на которых концентрации углеводородов равны нулю. По этим показателям произведена оценка эффективности процесса санации. Для комплексной оценки проводимых работ по очистке грунтов от углеводородов нами проведен дискриминантный анализ по величинам С, СО, г я ко в пределах трех групп. Первая группа - до начала санации, вторая - в процессе первой санации, третья -второй. Для применения ЛДА введено дополнительное условие, заключающееся в том, что значение СО до начала санации равно 1. До проведения расчетов по ЛДА определены корреляционные связи между показателями и классами, которые приведены в таблице.
Корреляционная матрица
С со г Ы N
Концентрация углеводородов С 1,00 -0,14 -0,22 0,17 0,23
Степень очистки СО 1,00 -0,06 -0,02 0,30
Коэффициент корреляции г между С и глубиной 1,00 -0,81 0,26
Глубина ко, на которой концентрации УВ равны 0 1,00 -0,35
Этапы санации - N 1,00
Из таблицы видно, что ни один из критериев полностью не описывает процессы санации, поэтому комплексная оценка этого процесса целесообразна. В результате расчетов получены следующие линейные дискриминантные функции:
