CC BY
37
УДК 622.244.43
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ
В.М. Мелкозеров, А.Я. Вельп, А.В. Бежелева, Л.А. Лапушова, Д.И. Марьянчик, С.И. Васильев
ФГАОУ ВПО Сибирский федеральный университет,
Российская Федерация, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 82, корп. 6. [email protected]
Приведены результаты планирования лабораторного эксперимента по исследованию эксплуатационных характеристик технических моющих жидкостей и результаты натурных исследований по очистке нефтезагрязненных почв, искусственно загрязненных наиболее распространенными нефтепродуктами и нефтью. Рассмотрен вопрос обеспечения достоверности результатов эксперимента и обосновано необходимое количество экспериментальных измерений. Табл. 2. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: сорбент, моющая техническая жидкость, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, почвенная микрофлора, фосфатазная активность почвы.
ВВЕДЕНИЕ
Источники загрязнения окружающей среды многообразны, но все большее количество приходится на транспортные перевозки, на предприятия нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Для предприятий данной отрасли характерны следующие проблемы:
- рост обще й площади нарушенных территорий при хронически низких темпах их восстановления;
- большая загрязненность территорий в районах добычи нефти;
- высокая степень техногенных нагрузок на окружающую среду от нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий и трубопроводного транспорта;
- недостаточное развитие природоохранной инфраструктуры, систем предотвращения и снижения негативных воздействий на при-
родную среду, средств объективного контроля полноты и качества выполнения проектных решений;
- несоблюдение экологических норм на всех этапах эксплуатации и реабилитации природных комплексов.
В отличие от многих антропогенных факторов, нефтяное загрязнение оказывает многопрофильное воздействие на окружающую природную среду и вызывает ее быструю отрицательную реакцию. Хронические разливы нефти, нефтепродуктов приводят к потере продуктивности земель и деградации ландшафтов. При аварийных разливах нефти, когда величина загрязнения превышает 40-50%, погибает 100% растительности, почвенная микрофлора находится в угнетенном состоянии, в таком состоянии почва может находиться продолжительное время (от 6 до 10 лет). Нефтяные загрязнения могут привести к существенному
изменению экосистемы обитания человека, нарушению природного баланса микроэлементов в биосфере [1].
Поэтому роль мероприятий по охране окружающей среды - это весьма актуальная задача, от правильного решения которой зависит не только сохранение богатства природы, но и дальнейшее экологически чистое развитие производственной сферы человека.
В связи с этим проблема поиска эффективных способов ликвидации нефтеразливов весьма актуальна.
Поступление в почву компонентов нефти ведет к изменению ее физических, химических, микробиологических свойств. Результатом этих изменений может явиться снижение или полная потеря почвенного плодородия. Кроме этого, углеводороды в процессе трансформации могут образовывать наиболее токсичные соединения, обладающие канцерогенными свойствами, характеризуемые стойкостью к микробиологическому расщеплению, способные переходить в растения, что создает угрозу для здоровья животных и человека. Еще одной важной особенностью нефтяных загрязнений является способность захватывать и концентрировать другие загрязнения, например тяжелые металлы и пестициды.
Пропитывание нефтепродуктами почвенной массы приводит к активным изменениям в ее химическом составе, свойствах и структуре. Прежде всего, это сказывается на составе почвенного гумуса: ухудшает свойство почвы как питательного субстрата для растений. Изменение окислительно-восстановительных условий в почвенном горизонте приводит к увеличению подвижности гумусовых компонентов почвы и ряда микроэлементов, что вызывает резкое нарушение в почвенном микробиоценозе. Сообщество микроорганизмов в почве принимает неустойчивый характер, подавляется фотосинтетическая активность растительных организмов. Гидрофобные составляющие нефтепродуктов затрудняют поступление влаги к корням растений, а это приводит к физиологическим изменениям последних. Загрязненные нефтепродуктами почвы оказывают длительное отрицательное воздействие и на почвенных животных, вызывая их массовую элиминацию в интенсивной зоне загрязнения [2]. Нефтепродукты оказывают ингиби-рующее действие на фосфатазную активность почвы, которая не восстанавливается и через год. Фосфор является важнейшим элементов питания растений. Недоступные соединения фосфора усваиваются растениями благодаря деятельности фосфатаз, отщепляющих фосфор от органических соединений.
Основными источниками загрязнения почвенного покрова нефтью и нефтепродуктами являются в основном аварийные ситуации при
добыче, транспортировке и переработке нефти, большинство производств не отмечает современным требованиям безопасности, оборудование физически изношено и морально устарело, имеет низкую надежность. Из 400 тыс. объектов около 43 тыс. требуют модернизации или коренной реконструкции, около 12 тыс. подлежат выводу из эксплуатации. По данным Министерства природных ресурсов Российской Федерации и Российского отделения Гринпис потери нефти нефтепродуктов в России за счет аварийных ситуаций колеблются от 17 до 20 млн. т ежегодно [3].
В отечественной и зарубежной практике широкое применение для очистки нефтезаг-рязненных почв нашли сыпучие сорбенты «Униполимер», «Униполимер-М», «Меном», а также Дестройл», «Путидойл», «Деверойл», общим недостатком сорбентов является их не эффективность в условиях отсутствия механического перемешивания с нефтезагрязненным грунтом и сложность применения в условиях ветра.
Отмеченные факты привели к необходимости разработки рецептурного состава линейки технических моющих жидкостей на основе не этокселированного лаурила, бензосульфокис-лот, сульфанола и других высокомолекулярных поверхностно- активных веществ.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Технические моющие жидкости исследованы в полевых условиях.
Для проведения экспериментальных исследований эффективности очистки нефтезаг-рязненных грунтов техническим моющим раствором выделено пять экспериментальных участков почвы, расположенных на суглинистом грунте, содержащем гравийно-галечниковые включения. До начала обработки нефтепродуктами с участков были взяты пробы почвы с целью определения фоновой концентрации, результаты этих замеров приведены в табл. 1.
Каждый из участков имел одинаковые геометрические размеры и при загрязнении на них вносилось одинаковое количество нефти или нефтепродуктов. Для определения требуемого количества экспериментальных замеров по каждому из видов нефтезагрязнений проведена предварительная серия лабораторных исследований.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
На основании предварительной серии измерений концентрации дизельного летнего топлива в почве после обработки техническим раствором в течении 40 мин при естественных условиях, 1 = 25 оС при частоте (повторности) проведения опытов т = 5 получены значения остаточной концентрации ^ст. = 11272 мг/кг;
Таблица 1
Результаты измерения концентрации дизельного летнего топлива _на экспериментальном участке_
Условия загрязнения и очистки, дата отбора пробы Результаты замеpoв
1 | 2 | 3 | 4 | 5
мг/кг
Фоновая концентрация, 9.06.2011 г. 2095 2064 2035 2106 2077
Концентрация после внесения загрязнения, 30.06.2011 г. 21187 21294 20342 20548 21063
Концентрация после обработки раствором в течение 20 мин с подогревом до 60 оС, 25.07.2011 г. 13597 13168 13560 12994 13630
Концентрация после обработки раствором в течение 40 мин при естественных условиях, 1 = 25 оС, 25.07.2011 г. 11272 11261 11447 11268 11229
Концентрация загрязнения после обработки раствором в течение 20 мин при естественных условиях, 1 = 25 оС, 25.07.2011 г. 112386 113007 122513 120242 11576
Таблица 2
Результаты степени очистки почвы экспериментально загрязнённой _разными видами нефтепродуктов_
Условия загрязнения и очистки, дата отбора пробы Нoмеp тoчки oтбopа
1 1 2 | 3 | 4 | 5
мг/кг
Фоновая концентрация, 9.06.2011 г. 2095 2064 1805 2406 1347
Концентрация после внесения загрязнения, 30.06.2011 г. 21187 2694 30342 46548 7263
Концентрация после обработки раствором в течение 20 мин с подогревом до 60 оС, 25.07.2011 г. 13597 3168 16560 12794 6363
Концентрация после обработки раствором в течение 40 мин при естественных условиях, 1 = 25 оС, 25.07.2011 г. 11272 2061 16947 34668 7929
Концентрация загрязнения после обработки раствором в течение 20 мин при естественных условиях, 1 = 25 оС, 25.07.2011 г. 12386 3007 22513 40242 5576
11261 мг/кг; 11447 мг/кг; 11268 мг/кг; 1122 мг/кг.
Достоверность результатов лабораторного эксперимента при неизменной аппаратной базе лаборатории зависит от точности визуальных измерений результатов, точности дозирования загрязняющей жидкости и в конечном случае определяется количеством проведенных измерений.
Определим необходимое число опытов, необходимое для получения достоверных результатов опыта.
Находим среднее значение случайной величины:
1ср = (11272+11261 -5+11447-5+11268-5+11229-5)/ /(5+5+5+5+5) = 11295,4 мг/кг.
Определим случайные ошибки каждого из измерений:
1-ое измерение б1 = (Тост - 1ср) = 23,4 мг/кг.
(Гост - и2 = 547,56.
(Юст - и2 ■ т = 547,56 ■ 5 = 2737,8.
2-ое измерение б2 = (Юост - Юср) = -34,4 мг/кг.
(Юост - Юср)2 = 1183,36.
(Юост - Юср)2 ■ т = 1183,36 ■ 5 = 5916,8.
3-е измерение б3 = (Юост - Юср) = 152 мг/кг.
(Юост - Юср)2 = 23104.
(focT - fcp)2 ■ m = 115520.
4-е измерение ö3 = (foCT - fcp) = -27 мг/кг. (focT - fcp)2 = 729.
(focT - fcp)2 ■ m = 3645.
5-е измерение ö3 = (focT - fcp) = -66 мг/кг. (focT - fcp)2 = 4356.
(focT - fcp)2 ■ m = 21780. Определим ди^ер^ю ^учайных oшибoк: I = V(2737,8+5916,8+115520+3645+21780)/ /(5+5+5+5+5) = 1229,9.
Определим шэффициенг вариации ^у-чайных oшибoк:
V = (1229,9/11295,4) ■ 100% = 10,8%. Пoказатель тoчнocти измерений в oпытах oпpеделим no фopмуле: е = V/VN,
где N - чи^с спытсв в предварительнсм эк& перименте.
е = 64,09/V25= 2,16%.
Тегда неабхадимае чиcлo апытав при ko-эффициенте вариации cлучайных ашибак V = 2,16%, задавая^ пaказателем тoчнocти е = 3,07%, апpеделитcя пo фаpмуле:
Noп = V2 / е2
Noп = 10,82/2,162 = 0,49.
Исходя из результатов принимаем необходимое число опытов Ыоп = 1.
При этом «чистая ошибка экспериментальных исследований» обусловленная влиянием наличия дерна (корни растений, листва, прошлогодняя трава) и мелкодисперсных фракций чернозема и песка, образующих гомогенную среду, что требует большего времени отстоя нефтезагрязненных грунтов в среде технических моющих средств для получения двухфазного раствора. Результаты экспериментальных исследований табл. 2 по исследованию эффективности применения технических моющих средств на основе ПАВ показали их применимость и существенное снижение нефтезагряз-нений в почве.
Исследования проведены с использованием основных видов нефтепродуктов и нефти Юрубченского месторождения, при этом участок № 1 искусственно загрязнен летним дизельным топливом, участок № 2 загрязнен бензином АИ92, участок № 3 загрязнен моторным маслом, участок № 4 - отработанным моторным маслом, участок № 5 - нефтью (соответствует пятой точки отбора табл. 2).
Результаты обработки суглинка с гравийно-песчанными включениями, загрязненного нефтью и нефтепродуктами показали отсутствие гомогенной структуры промываемого грунта, что препятствует быстрому разделению его на отдельные фазы и как следствие не обеспечивает высокую эффективность отмывки от
1. Охрана окружающей среды и рациональное природопользование : справочник / ред. В.М. Мелкозеров / Мелкозеров М.Г. [и др.] / Красноярск : Сибирский федеральный ун-т; Политехнический ин-т, 2007. 198 с.
2. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Ре-
нефтепродуктов техническими моющими средствами.
Для обеспечения эффективности при промывке нефтезагрязненных грунтов техническими жидкости необходимо введение дополнительной фазы по разделению нефтезагряз-ненной почвы на отдельные фракции с последующей обработкой каждой из фракций отдельно, что влечет за собой увеличение суммарного времени обработки.
ВЫВОДЫ:
1. Для обеспечения наименьшей «чистой ошибки» при исследовании сорбционной способности технической промывочной жидкости на нефтезагрязненных грунтах достаточно по каждому из опытов проведение однократных измерений.
2. Нефтезагрязненные почвы перед обработкой техническими моющими средствами требуют предварительного механического разделения на отдельные фракции.
3. Каждая из фракций должна проходить при обработке техническими моющими средствами на основе ПАВ отдельную стадию, при этом к каждой из фракций применим моющий раствор одного химического состава, а время обработки необходимо дифференцировать от степени загрязнений, гранулометрического состава и температур окружающей среды и моющего раствора и его концентрации.
КИЙ СПИСОК
гиональные проблемы безопасности. Красноярский край. М. : МГФ «Знание», 2001. 576 с.
3. Мелкозеров В.М., Васильев С.И., Вельп А.Я. Исследование эксплуатационных характеристик модифицированных многоцелевых карбамидных поропластов // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2010. № 8. С. 34-39.
