CC BY
29
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
УДК 614.7:615.83
Е.Г. Холкин, E.G. Kholkin, e-mail: [email protected] Л.О. Штриплинг, L.O. Shtripling, e-mail: [email protected] Ю.А. Краус, Y.A. Kraus В.В. Токарев, V.V. Tokarev
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ТЕХНОЛОГИЯ РЕАГЕНТНОГО КАПСУЛИРОВАНИЯ КАК ОПЕРАТИВНЫЙ МЕТОД ПРЕОДОЛЕНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙНЫХ РОЗЛИВОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ
TECHNOLOGY OF REAGENT CAPSULATION AS OPERATIONAL METHOD OF OVERCOMING OF CONSEQUENCES OF EMERGENCY POURINGS OF OIL PRODUCTS
Описан метод реагентного капсулирования в применении к почвам и грунтам, загрязнённым нефтью и её компонентами. Исследована возможность утилизации капсулированного нефтезагрязнённого материала при дорожном и промышленном строительстве, а также применение метода фиторемедиации к капсулированным нефтезагрязнённым материалам при рекультивации.
The method of reagent capsulation in application to soils and the soil polluted by oil and its components is described. Possibility of utilization of the encapsulated petropolluted material is investigated at road and industrial construction, and also application of a method of a fitoremediation to the encapsulated petropolluted materials at recultiva-tion.
Ключевые слова: защита окружающей среды, реагентное капсулирование, оперативные методы преодоления загрязнений грунта нефтью и её компонентами
Keywords: environment protection, reagent capsulation, operational methods of overcoming of pollution of soil oil and its components
Нефтегазовый комплекс по уровню техногенного влияния на окружающую среду занимает одно из первых мест в мире, загрязняя практически все компоненты природной среды. Загрязнение происходит на всех этапах: при строительстве и эксплуатации скважин; транспортировке и переработке углеводородного сырья, однако при существующем уровне техники и технологиях, исключить этот процесс полностью нельзя. При этом одной из наиболее актуальных задач является проблема оперативного обезвреживания нефтезагрязнен-ных материалов, которая особенно остро проявляется в условиях Крайнего Севера.
Предлагается метод реагентного капсулирования более известный на Западе как «Технология DKR» [1]. Данный метод обезвреживания заключается в физико-химическом преобразовании под воздействие реагента загрязнённых материалов в дисперсное твёрдое вещество. Каждая частица переработанного материала представляет собой капсулу, внутри которой находится загрязнённый материал, покрытый прочной водонепроницаемой биологически нейтральной для природной среды оболочкой.
Реализация метода реагентного капсулирования в отношении почв и грунтов, загрязнённых нефтью и её компонентами, может осуществляться с применением доступных реагентов и несложных технических средств, например, при обработке нефтешлама реагентом на основе кальция [2].
Оксид кальция реагирует с водой (см. рис. 2.2 а) с увеличением поверхности, образуя Са(ОН)2 (рис. 1а, поз. 1):
CaO+ H2 O ^ Ca(OH)2 , 264
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
если гидроокись кальция в дальнейшем взаимодействует с углекислотой, содержащейся в воздухе, то образует трудно растворимый карбоната кальция:
Са(ОН)2 + С02 ^ СаС03 + Н20 .
Рис. 1. Схематичное изображение принципа действия
При перемешивании оксида кальция сначала загрязненным веществом (рис. 1б), а затем с водой, загрязненное вещество гомогенно диспергируется (рис. 1б, поз. 2), при этом на поверхности диспергированных частиц загрязняющего материала образуется кристаллическая корка из трудно растворимого карбоната кальция. Она действует как защитный, изолирующий инертный слой, который с течением времени, т. е. при продолжающемся воздействии двуокиси углерода воздуха, может дополнительно увеличивать свою толщину [2].
Однако при наличие в обрабатываемом материале водной фазы, оксид кальция вследствие своей гидрофильности моментально начнет взаимодействовать с водой и гомогенного диспергирования органической фазы не произойдет (рис. 1 в), компоненты нефти не вступят в реакцию и образуют с ней неоднородную пастообразную массу (рис. 1в, поз. 3).
Для того, чтобы этого не происходило, известь предварительно обрабатывают гидро-фобизирующим средством [2] в результате чего реагент на первом этапе поглощает гидрофобную органическую фазу и после этого реагирует с присутствующей водой, образуя вышеуказанный твердый порошкообразный материал (рис. 1 г, поз. 2).
Внешний вид исходного и полученного продукта представлен на рис. 2.
Реагент
Рис. 2 265
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
Однако полученный в ходе реакции капсулированный материал по прежнему является отходом, хотя и с более низким классом опасности, и подлежит захоронению или утилиза-
ции.
В ходе экспериментальных исследований [3] было выявлено, что длительное хранение на полигоне (в том числе при контакте с водой), сезонные колебания температур, реальные кислотные дожди с содержанием серной и азотной кислот не приводят к деструкции капсул и к выходу нефти в окружающую среду. Более того, с течением времени происходит упрочнение капсул за счет роста их карбонатной оболочки [4]: минимальное давления, при котором наступает разрушение капсул 3-х лет хранения сотавляет 1,9 МПа, 6-ти лет хранения - 8 МПа, а разрушений капсул 9-ти лет хранения при давлении 10 МПа не наблюдалось.
Внешний вид капсул, напоминающий песчаную смесь, инертность, по отношению к окружающей среде, и высокая прочность позволили предположить возможность использования капсул после более 3-х лет хранения в качестве замены песка, весьма дорогого в условиях Севера, например в подсыпку дорожного полотна в том числе и под бетонное или асфальтовое покрытие, подсыпку под фундаменты емкостей хранения нефтепродуктов и т.д., при этом развиваемые в процессе уплотнения грунта асфальтовыми катками и в период эксплуатации дорожного полотна большегрузным автомобильным транспортом контактное давление непосредственно передаваемые шинами на покрытие не превышают 2 МПа, а под основанием емкостей 0,2 МПа.
Кроме того, в ходе исследования [5] возможности рекультвации почв с капсулирован-ным материалом, было выявлено изменение их щелочных свойств, приводящее к угнетению роста растений, что в случае использования капсул в качестве подсыпки в дорожном и промышленном строительстве также положительно характеризует данный способ утилизации.
Также было выявлено, что применение метода фиторемедиации к капсулированным нефтезагрязнённым материалам возрастом до 3 лет по всем исследуемым параметрам оказалось весьма эффективным. Корневая система растений способствует усилению газообмена слоев почвы и воды и способствует развитию нефтеокисляющей микробиоты в естественной среде. За счет биологически активных корневых выделений значительно усиливается эффективность работы микроорганизмов. В трехлетних образцах грунта подобранные пропорции смешивания с биопочвой 1/3, 1/2, 2/3 показали равные положительные результаты. Поэтому, исходя из экономических соображений, наиболее оптимально использование 1/3 части биопочвы.
Таким образом, капсулированный материал можно использовать в дорожном и промышленном строительстве, а также для санации нефтезагрязнённых грунтов и почв на местах разлива нефти и нефтепродуктов.
Библиографический список
1. Бельзинг, Ф. Технология ДКР / Ф. Бельзинг. - Гановер, 1988. - 117 с.
2. Логунова, Ю. В. Применение технологии обезвреживания отходов транспорта нефти в условиях Севера / Ю. В. Логунова, В. В. Токарев, Л. О. Штриплинг // Нефтегазовый терминал. - 2008. - Вып. 2. - С. 43-45.
3. Переработка и утилизация нефтешлама и нефтезагрязнённых материалов, образующихся в местах добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья : монография / Л. О. Штриплинг [и др.] / М-во обр. и науки РФ, ОмГТУ. - Новосибирск : СО РАН, 2013. - 176 с.
4. Исследование возможности рекультивации или утилизации обезвреженных нефте-загрязненных материалов после применения метода реагентного капсулирования / Л. О. Штриплинг, В. В. Токарев, Ю. А. Краус, С. В. Белькова // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2012. - № 12. - С. 44-46.
266
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
5. Анализ возможности применения фиторемедиации для рекультивации замазучен-ных грунтов после применения метода реагентного капсулирования / Л. О. Штриплинг, В. В. Токарев, Ю. А. Краус, С. В. Белькова // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы земли. Человек. - 2012. - № 2(114). - С. 215-217.
