CC BY
189
The presented work considers an individual approach to assessing the vulnerability of karst groundwater. It is based on the identification of such indicators as the geological structure of the observed territory, the concentration of runoff entering the karst channels, and the precipitation regime. To control the hydrogeological parameters of the environment (mineralization and the level of occurrence of groundwater), the geoelectric method of multipart vertical electrical sounding was used in conjunction with the phasometric method for recording geoelectric signals. As a result of the observations, spatio - temporal dependencies were revealed in the controlled area.
Key words: assessment of the vulnerability of karst waters, decentralized water supply, geoelectric method, karst processes.
Romanov Roman Vyacheslavovich, candidate of technical sciences, docent, roma-nov.roman.5@yandex.ru, Russia, Vladimir, Vladimir State University,
Kochetkova Sofia Sergeevna, student, kochetkova.sofia23@mail. ru, Russia, Vladimir, Vladimir State University
УДК 665.62
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-11-213-217
НЕФТЯНЫЕ ШЛАМЫ И СПОСОБЫ ИХ УТИЛИЗАЦИИ
Р.Т. Зарипов, М. Нигматулин, В.Г. Афанасенко, А.В. Рубцов
Добыча, переработка и транспортировка нефти связаны с образованием нефтешла-мов, представляющих большую опасность для экологии. Нефтешламы являются токсичными веществами, содержащими летучие высокотоксичные быстроиспаряющиеся ароматические углеводороды, такие как толуол и бензол, а также более тяжелые многоядерные ароматические углеводороды, которые не так токсичны, однако воздействуют на окружающую среду долгое время и наносят больший вред. В данной статье рассмотрены причины и негативные последствия образования нефтяных отходов. Проведён аналитический обзор основных способов утилизации нефтяных шламов, представлено сравнение их достоинств и недостатков.
Ключевые слова: нефтяной шлам, нефтяные отходы, утилизация, переработка нефтешламов, сжигание, источники загрязнения, методы утилизации, экология.
Нефтяные шламы — это сложные физико-химические смеси, которые состоят из нефтепродуктов, механических примесей (глины, окислов металлов, песка) и воды, при этом состав нефтяных шламов меняется в широком диапазоне параметров [1].
Нефтяные шламы могут образовываться на всех стадиях нефтяного производства и представляют большую опасность для окружающей среды. В первую очередь такие отходы подлежат переработке, однако захоронению по-прежнему подвергается существенная часть нефтешламов.
Нефтешламы могут образовываться в результате естественных контролируемых процессов (такие как очистка нефти от примесей и воды), так и в результате всевозможных аварий (разливов), при позднем обнаружении которых или масштабной аварии природе может быть нанесён огромный ущерб.
Наибольшая часть нефтешламов складируется в хранилищах-накопителях на территории предприятий топливно-энергетического комплекса, из-за чего площади этих предприятий оказываются незадействованными. Строительство новых полигонов для хранения нефтешламов экономически затратно и не решает саму проблему утилизации.
Виды нефтяных шламов и причины их утилизации. В зависимости от состава и способа образования нефтяные шламы подразделяются на несколько видов [2, 5]:
придонные нефтешламы - образуются на дне водоемов после произошедшего разлива
нефти;
нефтешламы, образовавшиеся при бурении скважин буровыми растворами на углеводородной основе;
• резервуарные нефтешламы - образуются при хранении и транспортировке нефти в резервуарах;
• грунтовые нефтешламы - продукт соединения почвы и пролившейся на нее нефти;
• металлосодержащие - отходы машиностроения и металлургии.
В зависимости от происхождения нефтешламы классифицируются по группам, различающимся по физики-химическим свойствам [2, 6]:
• образовавшиеся при подготовке нефти;
• после проведения буровых работ;
• при зачистке нефтяных резервуаров;
• аварийные разливы;
• амбарные деградированные нефти;
• при испытании и ремонте скважин;
• нефтешламы транспортного цеха.
Необходимость утилизации нефтешламов обусловлена следующими причинами:
• токсичное загрязнение почв, подземных вод, рек и морей представляют угрозу не только экологии, но и здоровью населения;
• шламонакопители огнеопасны;
• нефтяные амбары занимают значительные площади;
• переполнение нефтяных амбаров нефтешламами создаёт опасность остановки нефтяных предприятий;
• отходы содержат ценное сырьё.
Способы утилизации шламов нефтегазовой отрасли. Разнообразие состава и условий образования нефтяных шламов привело к разработке целого ряда технологий, направленных на решение проблемы переработки или утилизации углеводородных отходов. Каждый из таких способов имеет свою область применения, экологическую и экономическую эффективность.
Существует следующие способы переработки нефтесодержащих отходов, имеющие различную экологическую и экономическую эффективность [3]:
Термические методы считаются наиболее эффективными методами обезвреживания шлама. Наиболее часто применяют такие методы, как сжигание, газификация и пиролиз. Также к этим методам можно отнести процессы, основанные на испарении водной и легкой углеводородной фазы нефтяного шлама [4].
При сжигании используются печи различных конструкций в зависимости от содержания в отходах твёрдых примесей. При содержании в нефтешламах твердых примесей не более 20% используются печи с «кипящем слоем». При сжигании отходов с содержанием твердых примесей не более 70%, используются вращающиеся печи барабанного типа. Недостатками сжигания являются воздушное загрязнение и высокие энергетические затраты.
Газификация является термохимическим высокотемпературным процессом взаимодействия органической массы с газифицирующими агентами или преобразование органической части твердого или жидкого топлива в горючие газы при высокотемпературном нагреве с окислителем. В результате газификации образуются только газообразные компоненты, а сам процесс требует специальных колонн.
Пиролиз является наиболее эффективным методом утилизации нефтешламов, так как с его помощью нефтешламы не уничтожаются, а перерабатываются в синтетическую нефть и пиролизный газ. Различают низкотемпературный (450 - 550 °С), среднетемпературный (<800 °С), высокотемпературный (900 - 1050 °С). С повышением температуры пиролиза увеличивается количество образующихся газов, а теплота сгорания газа и выход жидкого и твёрдого продуктов уменьшаются. По видам реакции различают сухой и окислительный пиролиз. Сухой пиролиз обеспечивает переработку отходов, в результате которого можно получить пиролиз-ный газ, жидкие продукты и твердый углеродистый остаток. Окислительный пиролиз хорошо применим к вязким отходам, которые затруднительно перерабатываются сжиганием или газификацией.
Биологический метод. Суть данного метода утилизации нефтяных шламов в том, что микроорганизмы превращают нефтяные углеводороды в более простые соединения и накапливают эти органические продукты [8]. Основную роль при биоразложении выполняют микроорганизмы, способствующие внутриклеточному окислению нефтяных углеводородов. При методе с внесением нефтешламов в почту основными преимуществами являются сравнительно небольшие затраты, но требуются значительные площади земельных участков и присутствует экологический ущерб. При биолазрожении с применением специальных штаммов бактерий или
биогенных добавок для повышенной интенсификации процесса требуется подготовка земельных участков и специальное оборудование с возможностью поддержания определенных температур, необходимых для протекания процесса.
Физические методы. В промышленности [7] метод гравитационного отстаивания производится в горизонтальных или вертикальных сосудах, где нефть, за счет гравитационных сил, отстаивается в течение нескольких часов при термическом воздействии и небольшом избыточном давлении. Типовая конструкция состоит из отражателя, каплеобразователя, перегородок, змеевиков для нагрева и устройств выгрузки. Такой метод не требует больших эксплуатационных затрат, но и также и не обладает большой эффективностью.
Для разделения в центробежном поле используют центрифуги с высокоскоростным вертикальным барабаном, которые применяются, для осветления и разделения жидкостей с небольшим содержанием твердых примесей. Основным преимуществом этого метода является возможность интенсификации процесса, но требуется специальное оборудование и высокие капитальные затраты.
Для разделения нефтешламов фильтрованием необходимо провести интенсивное перемешивание шламов различного состава с целью усреднения. Далее в шлам добавляют угольный порошок, вводят полиэлектролиты и реагенты, тем самым снижая до минимума удельное сопротивление фильтрации шлама, и он направляется на обезвоживание. После подсушивания данного остатка образуется гидрофобный порошкообразный продукт. Выделенный фильтрат при отстаивании способен расслаиваться на нефтепродукт и воду. Необходимость замены фильтрующих материалов компенсируется сравнительно низкими затратами и высоким качеством конечного нефтепродукта
Экстракция основана на селективной растворимости нефтепродуктов в органических растворителях. Для возможности извлечения нефтяного компонента с помощью данного метода требуется специальное оборудование, а в качестве растворителей использую фреоны, спирты и водные растворы.
Химический метод. Данный метод заключается в нейтрализации оксидами щелочноземельных металлов нефтесодержащих отходов с образованием гидроксид кальция в виде порошка с высокой удельной поверхностью, который способен адсорбировать углеводороды нефти. Каждая гранула покрыта слоем карбоната кальция, выполняющего функцию гидрофобной оболочки. Метод высокоэффективный, но требует специального оборудования и не решает экологическую проблему.
Физико-химический метод. Зачастую для утилизации нефтешламов используют комбинированные методы. Например, перед подачей отходов на центрифуги или фильтры, в них вводят водорастворимые электролиты. После чего частички воды с поверхности твердых загрязнителей десорбируются, а вследствие уменьшения поверхностного натяжения последние коалесцируют. Метод требует дорогих реагентов, а также специального дозирующего оборудования и перемешивающих устройств.
Сравнение вышеперечисленных способов представлено в таблице.
Сравнение способов переработки нефтяных шламов
Способы переработки нефтяного шлама Преимущества Недостатки
1. Термические: сжигание в открытых амбарах; сжигание в печах различного типа и конструкций; газификация; пиролиз. Не требуют больших капитальных затрат, применяются для многих видов отходов, высокая степень разложения, получение ценных продуктов. Большие затраты по очистке и нейтрализации дымовых газов, неполное сгорание нефтепродуктов, высокая опасность загрязнения воздушного бассейна продуктами сгорания.
2. Биологические: бактериальное биоразложение; почвенное биоразложение; Наименее трудозатратный способ и незначительные капитальные затраты. Продолжительность и невозможность применения в условиях отрицательных температур, либо при глубоких загрязнениях почв.
3. Физические: разделение отходов в центробежном поле; гравитационное отстаивание. Не требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат. Низкая эффективность разделения, требуется специальное оборудование (гидроциклоны, сепараторы, центрифуги).
4. Химические: диспергирования с реагентами; окисление; нейтрализация. Высокая эффективность процесса переработки нефтесодержащих отходов. Применение специального оборудования и реагентов.
5. Физико-химический: применение деэмульгато-ров. Уменьшение нагрузки на окружающую среду в силу нейтрализации шлама и перевода его в малоподвижную форму. Отходы остаются на месте, шламовый амбар не ликвидируется.
Для предприятий нефтегазовой отрасли важной экологической и экономической задачей является переработка и утилизация нефтешламов. Важно также понимать, что методы утилизации нефтешламов хоть и направлены на улучшение экологической ситуации в мире, но они также могут оказывать вредное воздействие на окружающую среду. Так, например, при нагреве нефтешлама значительная часть вредных веществ попадает в атмосферу. Процесс утилизации должен быть направлен на использование экологически безопасных технологий, с применением специального оборудования с безотходностью. Разрабатываемое решение по переработке и утилизации нефтешламов в первую очередь должны предусматривать оценку экологической безопасности применяемых технологий, и уже затем - их экономическую привлекательность.
Список литературы
1. Жидкие нефтешламы открытого хранения [Электронный ресурс]. URL: http://www.afuelsvstems.com/ru/trga/s110.html (дата обращения: 10.08.2021).
2. Гронь, В.А., Коростевенко, В.В., Шахраи, С.Г., Капличенко, Н.М., Галаико, А.В. Проблема образования, переработки и утилизации нефтешламов // Успехи современного естествознания. 2013.№ 9. С. 159-162.
3. Ахметов А.Ф., Гайсина А.Р., Мустафин И.А. Методы утилизации нефтешламов различного происхождения // Нефтегазовое дело. 2011. №3. [Электронный ресурс]. URL: https://elibrarv.ru/item.asp?id=17837476 (дата обращения: 10.08.2021).
4. Попова Г.Г. Влияние группового состава углеводородов нефтяного шлама на эффективность его разделения и переработки // Евразийский союз ученых. 2014. 6-3. С. 108-109.
5. Мустафин И.А., Ахметов А.Ф., Гайсина А.Р. Технология утилизации нефтяных шламов // Нефтегазовое дело. 2011. Т. 9. № 4. С. 95-97.
6. Соколов Л.И. Переработка и утилизация нефтесодержащих отходов. М.: Инфра-Инженерия, 2017. 160 с.
7. Кускильдин Р.А., Абдрахманов Н.Х., Закирова З.А., Ялалова Э.Ф., Абдрахманова К.Н., Ворохобко В.В. Современные технологии для проведения производственного контроля, повышающие уровень промышленной безопасности на объектах нефтегазовой отрасли // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2017. Вып. 2 (108). С. 111120.
8. Бахонина Е.И. Современные технологии переработки и утилизации углеводородсо-держащих отходов. Сообщение 2. Физико-химические, химические, биологические методы утилизации и обезвреживания углеводородсодержащих отходов // Башкирский химический журнал. 2015. Т. 22. № 2. С. 41-49.
Зарипов Родион Тагирович, магистрант, zarrodtag@gmail.com, Россия, Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет,
Нигматулин Максим, магистрант, nigmaxik@gmail.com, Россия, Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет,
Афанасенко Виталий Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, afanasenko.v.g@yandex.ru, Россия, Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет,
Алексей Вячеславович Рубцов, канд. техн. наук, доцент, заместитель директора, sunset202@mail.ru, Россия, Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет
OIL SLUDGE AND METHODS OF THEIR DISPOSAL R.T. Zaripov, M. Nigmatulin, V.G. Afanasenko, A.V. Rubtsov
Production processes such as the extraction, processing and transportation of oil are associated with the formation of oil sludge, which is a great threat to the environment. Oil sludge is a toxic substance containing volatile, highly toxic, rapidly evaporating aromatic hydrocarbons such as toluene and benzene, and heavier multinuclear aromatic hydrocarbons, which are not as toxic, but have a
216
longer impact on the environment and cause much greater harm. This article discusses the causes and negative consequences of the formation of oil waste. The review of the main methods of oil sludge utilization is carried out.
Key words: oil sludge, oil waste, disposal, oil sludge processing, incineration, sources of pollution, disposal methods, ecology.
Zaripov Rodion Tagirovich, student, zarrodtag@gmail.com, Russia, Ufa, Ufa State Petroleum Technical University,
Nigmatulin Maxim, student, nigmaxik@gmail.com, Russia, Ufa, Ufa State Petroleum Technological University,
Afanasenko Vitaly Gennadievich, candidate of technical sciences, docent, head of chair, afanasenko.v.g@yandex.ru, Russia, Ufa, Ufa State Petroleum Technical University,
Alexey Vyacheslavovich Rubtsov, candidate of technical sciences, docent, deputy director, sunset202@mail.ru, Russia, Ufa, Ufa State Petroleum Technological University
УДК 378.161.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-11-217-224
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ВЫСШЕГО УЧЕБНОГО ЗАВЕДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННОСТИ
Т.Н. Атнагуллов
В статье представлена обобщенная модель традиционного образовательного процесса и выявлены причины невозможности ее применения для анализа сложившейся ситуации. Разработана информационная структурно-функциональная модель образовательного процесса, учитывающая новые явления и технологические возможности, которая позволяет при доведении до программной реализации количественно оценить влияние технических средств поддержки образовательного процесса и технических средств обучения на уменьшение времени подготовки при заданном качестве.
Ключевые слова: образовательный процесс, модель, технические средства обучения, преподаватель, обучающиеся, образовательная траектория.
В настоящее время, в большинстве практических случаев реализуемые варианты учебного процесса формализуются в виде простой модели, состав, структура и порядок функционирования которой представлен на рис.1:
Модель включает:
- фиксированный блок образовательного контента заданного объема и содержания, как правило, содержащий только информацию об изучаемом объекте, явлении, процессе в бумажной или электронной форме;
- одного (реже нескольких) преподавателей, изучивших образовательный контент в разные моменты времени до начала учебного процесса;
- биотехнологический или чисто биологический (без применения технических средств обучения) канал передачи образовательного контента в естественной или искусственной среде передачи образовательного контента;
- группу разнородных, детально неизвестных исходному уровню подготовки обучающихся;
