УДК 573.6.086.83:504.61
РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НЕФТЕШЛАМОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МОЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ (ПАВ)
Л. К. Алтунина,
д. т. н., директор института, зав. лаб., alk@ipc.tsc.ru;
Л. И. Сваровская,
к. б. н., с. н. с., sli@ipc.tsc.ru;
Д. А. Филатов,
к. б. н., н. с., Filatov@ipc.tsc.ru;
В. С. Овсянникова,
к. х. н., м. н. с. varja@ipc.tsc.ru;
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти СО РАН, г. Томск.
В Институте химии нефти разработан комплексный метод рекультивации нефтешламов с применением моющих композиций на основе поверхностно-активных веществ. Отмытые нефтешламы и грунты визуально чистые, не требуют дополнительной очистки, и могут быть переработаны в строительные материалы или использоваться для подсыпки кустовых площадок и дорог. После отмыва нефтешлама биодеструкция насыщенных углеводородов в отработанном растворе составила более 90 %. После биодеструкции отработанную смывную воду с раствором композиции возможно применять в рецикле, либо для закачки в пласт и других хозяйственных нужд.
A complex method for oil-sludge recultivation using surfactant-based detergent systems was developed at the Institute of Petroleum Chemistry SB RAS. Sludge and soil washed by this method are visually clean and ready to be conversed into building materials or added to multiple well platforms and roads without any additional treatment. After oil-sludge washing, the biodestruction of saturated hydrocarbons in spent solution was more than 90 %. Discharged wash water and system's solution can be injected into reservoir or reused for washing of new sludge portions or for other economic needs.
Ключевые слова: нефтешламы, моющие композиции, микроорганизмы, экстракция, смывной раствор, биодеградация, нефтешламовый амбар, поверхностно-активные вещества.
Keywords: oil-slimes, detergent systems, microorganisms, extraction, wash solution, biodegradation, oil-sludge barn, surfactants.
В настоящее время остро стоит вопрос о ликвидации нефтешламовых отходов, образованных на нефтепромыслах фактически с самого начала освоения и эксплуатации нефтяных месторождений. Нефтепродукты, поступая в почву, приводят к изменению ее состава, свойств, и, соответственно, потере почвенного плодородия, ухудшению водно-воздушного режима, нарушению ее структуры, оказывают губительное воздействие на растительный и животный мир [1].
В нефтешламы попадают буровые отходы, грунт после аварийных разливов нефти, асфальто-смоло-парафинис-тые отложения после очистки резервуаров и т. д. [2]. В основном шламы представляют собой тяжелые нефтяные остатки, содержащие в среднем 10—56 % нефтепродуктов, 30—85 % воды, 1,3—46 % твердых примесей. Накопление и хранение нефтешламов, привозимых с прилегающих территорий месторождения, осуществляется в специальных бетонированных емкостях объемом 80—100 т, без какой-либо сортировки и квалификации [3].
Решение проблемы утилизации нефтяных шламов осложняется их высокой устойчивостью, особенностями состава и свойствами, постоянно изменяющимися под влиянием воздуха при хранении в открытых амбарах. С течением времени отходы «стареют» вследствие испарения легких фракций, окисления и осмоления нефти, образования коллоидно-мицеллярных конгломератов, дополнительного загрязнения механическими примесями [4].
Для очистки нефтешламов в мировой практике применяются технологии, основанные на экстрагировании растворителями, электрохимическом отделении органической части, сжигании в специальных печах, использовании нефтешламов в качестве добавок к топливу и материалам в дорожном строительстве. Коллективом Института химии нефти предложен экологически безопасный комплексный метод рекультивации нефтешламов и загрязненных грунтов с применением моющих композиций на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) и углеводород-
окисляющих микроорганизмов [5]. Механизм действия ПАВ — это работа поверхностных сил, стягивающих пленку нефтяного загрязнения в каплю, которая легче отрывается от отмываемой поверхности [6].
На первом этапе метод предполагает физико-химическое разделение нефтяного шлама (отмыв композицией) на составляющие фазы. В состав композиций входят нетоксичные био-разлагаемые ПАВ и буферная система для поддержания оптимальной рН среды. Компоненты буферной системы входят в цикл азота и фосфора, служа минеральным питанием для углеводородокисляющей микрофлоры.
Использование композиций позволит применить биорекультивацию для шламов с высокой степенью загрязнения или значительно сократить ее время, снижая содержание нефтепродукта на 65—90 %.
Целью данной работы была оценка эффективности моющей композиции при отмыве нефтешламов и последующей биодеструкции остаточного нефтезагрязнения в отработанном растворе аборигенной микрофлорой.
Экспериментальная часть. Объекты исследования. Объектами испытания моющих свойств композиции служили модели нефтешламов, представленные грунтом, загрязненным легкой нефтью Нижневартовского и вязкой нефтью Усинского месторождений, нефтешламы, отобранные на территории аварийных разливов нефти Советского, Вахского и Крапивинского месторождений. Опытно-промышленные испытания проводили на территории Малореченс-кого месторождения Западной Сибири Томской области. Содержание органического углерода в пробах определяется в пределах от 60 до 400 г/кг нефтешлама.
Рекультивация нефтешлама. Процесс рекультивации проводили в два этапа: первый — отмыв нефтешлама раствором композиции ПАВ в соотношении 1:1 с последующим двукратным отмывом водой в том же соотношении. В состав моющих композиций входят промышленные ПАВ (волгонат и синтанол), фосфатная буферная система с рН 9,4 и азотистые соединения. Карбамид в составе композиции стабилизирует значение рН, а также является стимулирующим азотистым питательным субстратом для углеводородокисляю-щих микроорганизмов. Все компоненты российского крупнотоннажного производства.
Процесс отмыва шлама сопровождается обязательным перемешиванием и отстаиванием.
Процесс перемешивания нефтешлама при отмыве композицией ПАВ проводится для де-
сорбции загрязняющих нефтепродуктов и их локализации на поверхности водной фазы, которые удаляются с помощью насоса или другого способа. Время рекультивации нефтешла-ма, в зависимости от объема, занимает от 1 до 3 суток.
Второй этап — биоремедиация остаточного нефтезагрязнения осуществляется в специальной емкости, в которую после отмыва нефте-шлама, перекачивается отработанный раствор композиции ПАВ, разбавленный водой. Процессы деструкции осуществляются естественной микрофлорой, которая десорбируется и переходит в раствор во время отмыва нефте-шлама. Раствор композиции, содержащий фосфатные и азотистые компоненты, служит питательной средой, стимулирующей биохимические процессы жизнедеятельности микрофлоры. Второй этап, в зависимости от концентрации остаточного загрязнения и температуры, занимает от 15 до 30 суток. Очищенная вода возвращается в рецикл.
Микробиологические методыI. Общую численность аэробной гетеротрофной микрофлоры в составе образцов нефтешлама и динамику их численности в процессе ремедиации отработанного нефтезагрязненного раствора композиции после отмыва определяли стандартными методами посева на селективные среды [7].
Повторность измерений в экспериментах трехкратная. Все данные приведены в виде средних арифметических значений.
Химические методыI. Исходное и остаточное содержание нефтепродуктов в шламе определяли гравиметрическим методом после экстракции хлороформом на аппарате Сокслета [8].
Для хроматографического анализа образцы нефти, экстрагированные хлороформом, дополнительно очищали гексаном на колонке с окисью алюминия. Изменение молекулярно-массового распределения н-алканов и алифатических изопреноидных углеводородов (УВ) анализировали методом газожидкостной хроматографии на хроматографе «Кристалл — 2000». Глубина биодеструкции УВ исходной нефти и после ремедиации оценивалась по величине коэффициента биодеградации (Кб), который равен отношению суммы пиков изопреноидов: пристана (Рг) и фитана (РЬ) к сумме пиков н-гептадекана (С17) и н-октадекана (С^).
Результаты и их обсуждение. Для отмыва нефтешлама были исследованы разные составы композиций на основе ПАВ. Водные растворы композиций имели высокое значение рН (8,7—9,2). После отмыва нефтешлама в отработанной жидкой среде определяли концен-
Таблица 1
Изменение концентрации нефтезагрязнения в нефтезагрязненных грунтах после отмыва
трацию водорастворимых нефтепродуктов. Полученные результаты позволили отобрать оптимальный вариант состава композиции, содержащей волгонат, синтанол, неонол, три-полифосфат, карбамид и вода в определенной концентрации. Выбранной композицией проводили отмыв нефтешламов и нефтезагряз-ненных грунтов с разной концентрацией загрязняющих нефтепродуктов. На состав и моющие свойства композиции оформлена заявка на патент, получена приоритетная справка № 2009124198 от 24.06.2009 г.
Отмыв модели грунта, загрязненного легкой нефтью Нижневартовского месторождения с концентрацией 60 г/кг и грунта, загрязненного вязкой нефтью Усинского месторождения с концентрацией 200 г/кг, проводили композицией и дважды водой. Данные эксперимента представлены в табл. 1.
В результате отмыва образуется 3 слоя: верхний — нефтепродукты, средний — разбавленный раствор композиции ПАВ, загрязненный остаточными нефтепродуктами после их сбора и удаления и третий — отмытый грунт. Из полученных результатов следует, что снижение загрязняющих нефтепродуктов для исследованных месторождений составило 90 %.
Исходное загрязнение нефтепродуктами шлама Советского Крапивинского и Вахского месторождений составило 100, 195 и 70 г/кг соответственно. После отмыва шлама раствором композиции и водой концентрация загрязнения значительно понизилась (табл. 2).
Из полученных результатов следует, что нефтешламы с исходным загрязнением от 60 до 195 г/кг после отмыва содержат от 8 до 12 г/кг нефтепродуктов. Снижение загрязняющих нефтепродуктов составило более 90 %. Величина остаточного загрязнения после отмыва композицией и водой в большей ст
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.