CC BY
9
DOI: https://doi.Org/10.23670/IRJ.2022.121.7.011
ВЛИЯНИЕ СОРБЕНТА «УНИСОРБ» ПОЛИМЕРНЫЙ И ДРУГИХ ИЗУЧАЕМЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ДИНАМИКУ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ В НЕФТЕШЛАМЕ
Научная статья
Митриковский А.Я.1, Бурлаенко В.З.2, Белова Л.В.3, Романова А.А.4' *, Стаселько О.Л.5, Шушарина И.В.6
1-6 Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия
* Корреспондирующий автор (cavita[at]mail.ru)
Аннотация
Актуальность предлагаемых исследований связана с необходимостью разработки способа утилизации отходов, образующихся в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях, обладающего требуемой эффективностью при минимальных значениях энерго- и ресурсопотребления по сравнению с другими способами.
В процессе нефтедобычи и переработки образуется значительное количество нефтешлама, который несет большую антропогенную нагрузку на биосферу, особенно подвержены агрессивному воздействию почвы. В связи с тем, что самоочищение почвы происходит медленно, применение новых современных экологичных способов утилизации нефтесодержащих отходов для снижения антропогенной нагрузки имеет высокую практическую ценность.
Предложен способ утилизации нефтешлама основанный на применении современных биологических препаратов в сочетании с другими компонентами для биологического разложения нефтепродуктов в отходах переработки нефти при их хранении. Кроме высокой эффективности по снижению содержания нефтепродуктов и экологичности, данный способ экономичнее по сравнению с другими способами утилизации.
В процессе лабораторных исследований определен оптимальный состав и соотношение различных биологических препаратов для эффективного снижения концентрации нефтепродуктов в нефтяных отходах.
Пробы образцов почвоподобной среды, сформированной на основе нефтешлама и работающего утилизирующего состава, отбирались через определенные промежутки времени для наблюдения за динамикой снижения концентрации нефтепродуктов.
Ключевые слова: сорбент, утилизация, разложение нефтепродуктов, нефтешлам, углеводородоразлагающие бактерии.
EFFECT OF "UNISORB" POLYMERIC SORBENT AND OTHER STUDIED COMPONENTS ON THE DYNAMICS OF OIL PRODUCTS CONTENT IN OIL SLUDGE
Research article
Mitrikovskij A.Y.1, Burlaenko V.Z.2, Belova L.V.3, Romanova A.A.4' *, Stasel'ko O.L.5, SHusharina I.V.6
1-6 Industrial University of Tyumen, Tyumen, Russia
* Corresponding author (cavita[at]mail.ru)
Abstract
The relevance of the proposed research is related to the need of developing a method of oil waste utilization in the production and refining industries, which would have the required efficiency with the minimum values of energy and resource consumption compared to other methods.
A significant amount of oil sludge is produced during the oil extraction and processing process, which has a large anthropogenic effect on the biosphere and is particularly susceptible to aggressive soil influences. Due to the fact that soil self-cleaning is slow, the application of new modern ecological methods of oil-containing waste utilization to reduce anthropogenic load has a high practical value.
The method of utilization of oil sludge based on modern biological drugs in combination with other components for biological decomposition of oil products in oil processing waste in their storage is presented. In addition to high efficiency in reducing the content of petroleum products and its environmental friendliness, this method is more cost-effective compared to other methods of disposal.
Over the course of laboratory research, the optimal composition and balance of different biological drugs for the effective reduction of petroleum products concentration in oil waste has been determined.
Samples of soil-like environment formed from the oil sludge and the working waste solution were taken at intervals to observe the decrease in the concentration of petroleum products.
Keywords: sorbent, utilization, decomposition of oil products, oil sludge, hydrocarbon-soluble bacteria.
Введение
Одной из актуальных проблем в нефтедобывающей отрасли является утилизация отходов, которые накапливаются в резервуарном парке. Нефтешламы это главные загрязнители почвенных экологических систем, так как нефтезагрязненная почва утрачивает способность к самовосстановлению [1], [2], [3]. Нефтешламы (нефтяные шламы) -это сложные физико-химические смеси, состоящие из нефти и продуктов ее переработки, а также механических примесей (глины, песка, воды, окиси металлов). При этом соотношение элементов присутствующих в нефтешламе могут быть различными.
В условиях Западно-Сибирского региона, характерного высокой степенью нефтедобычи, зафиксирована самая высокая нагрузка на элементы окружающей среды [4], особое негативное воздействие связывают с разливами нефти [5]. По данным Петуховой В. С., Скипина Л. Н. [6] на севере Тюменской области накоплено большое количество буровых шламов, требующих утилизации.
Преобладающим методом обезвреживания нефтешламов является сжигание, однако этот способ очень энергозатратен, не способен снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду. Разработка новых способов обезвреживания нефтешламов в аспекте сложившихся проблем является весьма актуальной задачей.
Существуют различные способы утилизации буровых шламов, особую популярность в последние годы получили биологические методы, основанные на разложении различных загрязнителей в процессе жизнедеятельности бактерий, которые являются для них питательной средой.
Известен способ очистки почв от нефтяных загрязнителей по патенту РФ №2175580 от 10.11.2001 г. с использованием специального состава, компонентами которого являются: активный ил - источник нефтеокисляющих микроорганизмов, навоз - применятся в качестве удобрения, древесные опилки - применяется в качестве адсорбента. Данный способ имеет достаточно высокую степень биоразложения нефтепродуктов для некоторых исходных концентраций и оптимальном соотношении компонентов утилизирующего состава, так максимальная степень 93,3 % получена после 6 месяцев работы состава при исходной концентрации нефтепродуктов в почве - 290 мг/кг. Однако для больших исходных концентраций нефтепродуктов данный способ показал низкую эффективность, например, при исходной концентрации нефтепродуктов в почве 25667 мг/кг после 6 месяцев воздействия степень биоразложения составила всего 17 %. Соответственно, недостатком данного метода являются низкие технологические возможности переработки [7], [8].
Материалы и методы
Экспериментальные исследования по определению качественного и количественного утилизационного состава для обработки нефтесодержащих отходов проводились в лабораторных условиях кафедры техносферной безопасности ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет».
При выборе компонентов состава было учтено, что важную роль в ремедиации нефтезагрязненных почв играют минеральные удобрения [9], [10]. Кроме того, при биоразложении нефтепродуктов необходимо соблюдать оптимальные влажностный, температурный, аэрационный режимы, а также ряд ученых отмечают, что самой оптимальной средой для существования углеводородоразлагающих бактерий является нейтральная среда с рН равным 7,0-7,5.
В качестве компонентов утилизирующего нефтешлам состава применены: углеводородоразлагающий препарат «Дестройл», минеральные удобрения, сорбент «Унисорб» полимерный, моющий препарат «Гидробрейк». Образцы нефтешлама, применяемые в исследовании имели следующие характеристики, приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Краткая характеристика нефтешлама участвующего в эксперименте
№ Показатель Количество
1 РН 7,3
2 Содержание органической части, % 82,5
3 Содержание минеральной части, % 17,5
4 Содержание нефтепродуктов в нефтешламе, мг/кг 75000
Образцы почвоподобной среды (нефтещлам + песок + торф) смешивались с экспериментальным составом биоразлагающей нефтепродукты смеси и оставлялись для взаимодействия моделируя производственный процесс хранения отходов в течении 2 месяцев. Каждые две недели проводился отбор проб образца почвы для определения остаточной концентрации нефтепродуктов. Концентрация нефтепродуктов определялась по методике ПНД Ф 16.1:2.2198 с применением анализатора жидкости «Флюорат-02», значение рН определялось по методике ПНД Ф 16.2.2:2.3: 3.33-02.
Результаты и обсуждение
Для реализации заявленной цели в процессе исследования были решены следующие задачи:
1) определить оптимальную концентрацию компонентов почвоподобной среды;
2) определить оптимальный состав и дозировку компонентов биоразлагающего утилизирующего состава;
3) проследить за динамикой изменения концентраций нефтепродуктов в исследуемых образцах при их хранении в течении двух месяцев.
В процессе эксперимента были изучены варианты с содержанием нефтешлама в изучаемых образцах 80 % и 55 % по следующей схеме:
1) песок - 10 г, нефтешлам - 80 г, торф - 10 г;
2) песок - 22,5 г, нефтешлам -55 г, торф - 22,5 г.
В качестве основного компонента утилизирующего состава принят Полимерный сорбент «Унисорб», как наиболее экологичный биоразлагающийся элемент, обладающий некоторыми положительными свойствами.
Данный сорбент изготовлен на основе вспененного полимера при особом температурном режиме, с приданием материалу уникальных сорбирующих свойств. В силу своих свойств сорбент очень эффективно работает на любых видах поверхностей: почва, грунты различной плотности, водная поверхность, технические жидкости. Благодаря уникальным свойствам при нахождении в природе сорбент способен к самостоятельному разложению. Продукты разложения абсолютно безвредны и представляют собой природные вещества - мелиоранты, которые удобряют и улучшают структуру почтвы.
Сорбент является нетоксичным и непатогенным материалом, не вызывает нарушений экологического равновесия в экосистемах. «Унисорб» полимерный является стимулятором роста растений, структурообразователем, мелиорантом почв с одновременным кондиционированием грунта (аэрированием), улучшает фитосанитарное состояние нарушенных земель. «Унисорб» полимерный обладает развитой пористой структурой, что позволяет за короткое время сорбировать большое количество нефти и нефтепродуктов.
Характеристика сорбента «Унисорб» полимерный: 1) сорбирующая способность - 15-70 г нефти/г сорбента; 2) высокая скорость сорбции - 0,5-1,5 мл нефти/с; 3) биоразложение; 4) широкий диапазон рабочих температур: от - 25°С до +460°С; 5) возможность многократного использования.
Кроме сорбента «Унисорб» полимерный в состав смеси входили углеводородоразлагающий препарат «Дестройл» полимерный, минеральные удобрения, моющее средства «Гидробрейк», которые смешивались с исследуемым образцом.
Сорбент «Унисорб» полимерный вносился в дозе 10 % от массы нефтяного отхода, углеводородоразлагающий препарат «Дестройл» вносился в виде 3%-ного раствора с предварительным активированием в течение 24 часов, который вносили в количестве 1,0 мл на один образец полученного почвогрунта массой 100 г.
Изменение содержания нефтепродуктов в сформированном образце отображены на рисунке 1. Первый столбик фиксирует исходную концентрацию нефтепродуктов в образце равную 75000 мг/кг, далее представлены значения остаточного содержания нефтепродуктов после 2 недель взаимодействия, 4 недель, 6 недель и 8 недель - 4 этапа исследования.
Результаты исследования показали, что количество нефтепродуктов в нефтешламе с 75000 мг/кг через 2 месяца снизилось до 11025 мг/кг, т.е. снижение составило 85,3 % от первоначального значения.
Аналогичная динамика снижения нефтепродуктов в нефтяном шламе была отмечена и в другом варианте эксперимента, данные приведены на рисунке 2.
в о
отк
о
рп г/к те г/
фт гм е,
и Я
е / § К
р
е д
о С
80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0
75000
3 27975 2100 1 )
1 0500 0500 )
11025
Этапы исследования
Рис. 1 - Эксперимент 1
(22,5 П + 55 Н/Ш + 22,5 Т + 10% Унисорб полимерный + Дестройл + минеральные удобрения + Гидробрейк)
Рис. 2 - Эксперимент 2
(10 П + 80 Н/Ш + 10 Т + 10% Унисорб полимерный + Дестройл + минеральные удобрения + Гидробрейк)
Анализируя данные рисунка 2 необходимо отметить следующее, что содержание нефтепродуктов в полученном почвогрунте снизилось с 75000 мг/кг до 17775 мг/кг, что соответствует эффективности снижения концентрации нефтепродуктов равной 76,3 %.
В результате лабораторных исследований нами отмечено, что оптимальными параметрами, способствующими биодеградации нефтешлама являются: хороший аэрационный режим, оптимальная температура окружающей среды + 20 - 22 °С, нейтральная реакция (рН = 6,8 - 7,0), оптимальная влажность полученного субстрата 60 - 65 %, а также соотношение углерода и азота, как 10:1.
Заключение
Анализ представленных экспериментальных данных показал, что в обоих вариантах изучаемые компоненты
оказали положительное действие на снижение нефтепродуктов в сформированном почвогрунте. Так в первом эксперименте при сочетании сорбента «Унисорб» полимерный, биодеструктора «Дестройл» и других изучаемых препаратов наблюдалось снижение концентрации нефтепродуктов, эффективность составила 85,3 %.
Аналогичные данные были получены и во втором варианте исследований, где содержание нефтепродуктов в полученном почвогрунте снизилось на 76,3 % по сравнению с первоначальным содержанием (75000 мг/кг).
Результаты полученных экспериментальных данных позволяют сделать вывод о том, что данный качественный и количественный состав биологических препаратов в обоих вариантах позволяет добиться достаточно высокой эффективности снижения концентрации нефтепродуктов в нефтешламе и рекомендован для дальнейшего использования и разработки технологии биологического обезвреживания нефтешламов.
По результатам проведенных исследований, нами разработано техническое решение - установка по обезвреживанию нефтешлама с автоматической дозировкой применяемых компонентов утилизирующего состава, автоматизированной регулировкой влажностного, температурного, аэрационного режима при обезвреживании полученного субстрата на протяжении всего периода технологического процесса.
Конфликт интересов Conflict of Interest
Не указан. None declared.
Список литературы / References
1. Солнцева Н.П. Изменение морфологии дерново-подзолистых почв в районе нефтедобычи / Н.П. Солнцева // Добыча полезных ископаемых и геохимия природных систем. - Москва : Наука, 1982. - С. 29-70.
2. Глазовская М.А. Методические основы оценки экологической устойчивости почв к техногенным воздействиям / М.А. Глазовская. - Москва, 1997. - С. 102.
3. Сысо А.И. Ландшафтно-геохимический анализ изменений природной среды в районах нефтедобычи / А.И. Сысо, С.В. Васильев, Б.А. Смоленцева Б. А. и др. // Сибирский экологический журнал. - 2001. - № 3. - С. 333-342.
4. Кочуров Б.И. Экодиагностика и сбалансированное развитие / Б.И. Кочуров. - Москва : Смоленск. Маджента, 2003 - С. 384.
5. Скипин Л.Н. Содержание тяжелых металлов на территории нефтегазоносных месторождений Тюменской области / Л.Н. Скипин, А.Я. Митриковский // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 4 - С. 622.
6. Петухова В.С. Улучшение свойств отходов бурения методом химической коагуляции / Петухова В.С., Скипин Л.Н. // Экология и рациональное природопользование агропромышленных регионов. - Белгород, 2013 -С. 170-172.
7. Киреева Н.А. Ускорение биодеструкции нефтяных загрязнений при рекультивации почв / Киреева Н.А., Тишкина Е.И. // Актуальные вопросы биотехнологии. - Межвузовский сборник. - Издательство БГУ, 1990 - С. 36-44
8. Киреева Н.А., Микробиологические процессы в нефтезагрязненных почвах / Киреева Н.А. - Москва : Наука, 1995 - С. 178.
9. Салангинас Л.А. Изменение свойств почв под воздействием нефтезагрязнения и разработка систем мер по их реабилитации / Л.А. Салангинас. - Екатеринбург, 2003. - С. 441.
10. Пиковский Ю.И. Формирование и распределение техногенных потоков нефти / Ю.И. Пиковский // Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. - Москва : Издательство МГУ, 1993 - С. 101-125.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Solnceva N.P. Izmenenie morfologii dernovo-podzolistyh pochv v rajone neftedobychi [Changing of the morphology of derno-podzolic soils in the oil extraction area] / N.P. Solnceva // Dobycha poleznyh iskopaemyh i geohimiya prirodnyh sistem [Mining and geochemistry of natural systems]. - Moscow : Nauka, 1982. - P. 29-70. [in Russian]
2. Glazovskaya M.A. Metodicheskie osnovy ocenki ekologicheskoj ustojchivosti pochv k tekhnogennym vozdejstviyam [Methodological basis for assessing the environmental sustainability of soils to anthropogenic impact]. / M.A. Glazovskaya -Moscow, 1997. - P. 102. [in Russian]
3. Syso A.I. Landshaftno-geohimicheskij analiz izmenenij prirodnoj sredy v rajonah neftedobychi [Landscape-geochemical analysis of environmental changes in oil extraction areas] / A.I. Syso, S.V. Vasil'ev, B.A. Smolenceva et al. // Sibirskij ekologicheskij zhurnal [Siberian Ecological Journal]. - 2001. - № 3. - P. 333-342. [in Russian]
4. Kochurov B.I. Ekodiagnostika i sbalansirovannoe razvitie [Ecodiagnostics and balanced development] / B.I. Kochurov. -Moscow : Smolensk. Madzhenta, 2003 - P. 384. [in Russian]
5. Skipin L.N. Soderzhanie tyazhelyh metallov na territorii neftegazonosnyh mestorozhdenij Tyumenskoj oblasti [Content of heavy metals in the territory of oil and gas fields of the Tyumen region] / L.N. Skipin, A.Y. Mitrikovskij // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern Issues of Science and Education] . - 2014. - № 4 - P. 622. [in Russian]
6. Petuhova V.S. Uluchshenie svojstv othodov bureniya metodom himicheskoj koagulyacii [Improvement of drilling waste properties by chemical coagulation] / V.S. Petuhova, L.N. Skipin // Ekologiya i racional'noe prirodopol'zovanie agropromyshlennyh regionov [Ecology and environmental management of agro-industrial regions]. - Belgorod, 2013 - P. 170-172. [in Russian]
7. Kireeva N.A. Uskorenie biodestrukcii neftyanyh zagryaznenij pri rekul'tivacii pochv [Acceleration of oil contaminants biodegradation during soil remediation] / N.A. Kireeva, E.I. Tishkina // Aktual'nye voprosy biotekhnologii [Relevant Issues of Biotechnology]. - Interuniversity collection. - BSU Publishing house, 1990 - P. 36-44 [in Russian]
8. Kireeva N.A., Mikrobiologicheskie processy v neftezagryaznennyh pochvah [Microbiological processes in oil-contaminated soils] / N.A. Kireeva - Moscow : Nauka, 1995 - P. 178. [in Russian]
9. Salanginas L.A. Izmenenie svojstv pochv pod vozdejstviem neftezagryazneniya i razrabotka sistem mer po ih reabilitacii [Changing soil properties under the impact of oil pollution and the development of systems of measures for their rehabilitation] / L.A. Salanginas. - Ekaterinburg, 2003. - P. 441. [in Russian]
10. Pikovskij Y.I. Formirovanie i raspredelenie tekhnogennyh potokov nefti [Formation and distribution of technogenic oil flows] / Y.I. Pikovskij // Prirodnye i tekhnogennye potoki uglevodorodov v okruzhayushchej srede [Natural and artificial hydrocarbon fluxes in the environment]. - Мoscow : MSU Publishing House 1993 - P. 101-125. [in Russian]
