На правах рукописи

ЯГАФАРОВ ИЛЬГИЗАР РИМОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ НЕФТЕШЛАМОВЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ Специальность 03.00.16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2006 2

Работа выполнена на кафедре "Промышленная безопасность и охрана труда" Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Абдрахимов Юнир Рахимович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Назаров Владимир Дмитриевич;

кандидат технических наук Фаизов Мурат Хамитович.

Ведущая организация ГУП Институт нефтехимпереработки РБ.

Защита состоится 23 июня 2006 года в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул.Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Абдульминев К. Г.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные темпы развития нефтегазового комплекса, играющего ведущую роль в топливно-энергетическом балансе в мире, приводят к резко возрастающим техногенным нагрузкам на объекты природной среды и, в первую очередь, на биосферу, а следовательно, к нарушению равновесия в экосистемах.

Не только загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами приводит к гибели растений и нарушению почвенного покрова при ликвидации загрязнения, но также увеличение химической нагрузки влияет на состав и состояние почвенного микробиоценоза, при этом может возрастать эпидемиологическая опасность.

Проблема охраны окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, а также их утилизации приобретает все большую остроту в связи с недостаточной эффективностью используемых сегодня способов, технологий и средств реализации.

На наш взгляд, известные методы и технологии не всегда позволяют полностью разрешить проблему нефтешламовых накопителей: полное извлечение из них углеводородной части, очистка сточных вод до нормативных показателей, обезвреживание или утилизация донного осадка и рекультивация земель с возвратом их собственнику.

Наиболее перспективным направлением является использование комплексных технологий, сочетающих различные методы очистки.

Цель работы - совершенствование методов и средств утилизации нефтешламов с использованием механических, физико-химических и биологических методов.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие задачи:

- проведен сравнительный анализ существующих методов, технологий и средств утилизации нефтешламов;

- разработана комплексная технология обезвреживания и ликвидации нефтешламовых накопителей, включающая отделение легких фракций от тяжелых и биологическую обработку шламонакопителя биопрепаратом;

- изучена вымывающая способность нефтяных фракций из нефтешламов растворов ПАВ: аминоалифатические, оксиэтилированные жирные кислоты, ОП-10, используемые для вытеснения нефти и нефтепродуктов из глубоких слоев нефтешламов;

- проведены экспериментальные исследования по подбору сорбентов, которые могут быть использованы для очистки вводнонефтяных эмульсий от нефти;

- даны практические рекомендации по параметрам и режимам работы локальной установки двухступенчатой очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов;

- проведены опытно-промышленные испытания утилизации шламонакопителя с использованием механических, физикохимических и биологических методов;

- рассчитаны количественные показатели выбросов паров нефтепродуктов в атмосферу из нефтешламовых накопителей.

Научная новизна работы Осуществлен сравнительный анализ существующих методов, технологий и средств очистки нефтешламов на предприятиях нефтехимпереработки, в результате которого установлена необходимость комплексного использования механических, физико-химических и биологических методов очистки.

Изучены вымывающие способности растворов ПАВ, используемых для вытеснения нефти и нефтепродуктов из глубоких слоев нефтешламов в шламонакопителях. Экспериментальными исследованиями установлено, что поверхностно-активное вещество ОП-10 является наиболее эффективным при концентрации в водном растворе 0,02% масс.

Разработана комплексная технология очистки нефтешламов в накопителях с содержанием мехпримесей 30%, включающей отделение легких фракций нефти от тяжелых и битуминозных компонентов, биологическую очистку с применением биопрепарата.

Дана сравнительная оценка известных сорбентов, которые могут быть использованы для локальной очистки сточных вод предприятий нефтехимпереработки, в том числе нефтесодержащей воды, выделяющейся из нефтешлама при утилизации углеводородной его части. Предложены дешевые, доступные и эффективные природные сорбенты: горелая порода и отходы хлопкопрядильного производства.

Даны практические рекомендации по параметрам и режимам работы локальной установки двухступенчатой очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов с использованием горелой породы (с размером фракции 0,10,5мм) и хлопкосодержащего сорбента.

Рассчитано количество паров нефтепродуктов, которые могут выделяться в атмосферу с поверхности шламонакопителей.

Практическая значимость. Результаты проведенных исследований явились основой для разработки комплексной технологии очистки нефтешламов в накопителях с содержанием мехпримесей >30%, включающей отделение жидкой фазы от тяжелых фракций нефти и рекультивацию поверхности.

Установлен экологический эффект применения комплексной технологии утилизации нефтешлама. Выработаны параметры и режимы работы локальной установки двухступенчатой очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на XII, XIII и XV Международных конференциях по производству и применению химических реактивов и реагентов Реактив-99: химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии (Уфа-Москва, 1999 - 2002гг.); II Всероссийской научно-практической конференции Отходы-2000 (Уфа, 2000г); секции Д III Конгресса нефтепромышленников России Нефтепереработка и нефтехимия: проблемы и перспективы (Уфа, 2001 г.); 55й Юбилейной межвузовской студенческой научной конференции Нефть и газ - 2001 (Москва, 2001 г.); Республиканской научно-практической конференции Водохозяйственный комплекс РБ. Экологические проблемы, состояние, перспективы (Уфа, 2005г.); I Всероссийской научно-технической Интернетконференции Современные проблемы экологии и безопасности (Тула, 2005г.);

Всероссийской научно-технической конференции Промышленность.

Безопасность. Экология в рамках 56-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2005г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, получено патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописного текста, состоит из введения, анализа литературы, методик, экспериментальной части, обсуждения результатов исследований, выводов, списка литературы и приложений, включает 10 таблиц, 9 рисунков.

Список литературы состоит из 108 литературных источников, в том числе иностранных.

Аналитический обзор проблемы переработки нефтешламов. В обзоре произведен анализ современного состояния переработки нефтешламов. Дана экологическая характеристика нефти и нефтешламов. Освещены основные методы переработки нефтешламов: термический, химический, физический, физико-химический и биологический. Обоснована необходимость разработки комплексной технологии для рекультивации нефтезагрязненных земель и очистки сточных вод предприятий переработки, баз и хранилищ.

Материалы и методы исследований. В исследованиях использовались сточные воды нефтебазы г.Кумертау (ОАО Башкирнефтепродукт) с содержанием нефти и нефтепродуктов 100 мг/л.

Определение нефте- и водопоглощения сорбентов исследовали по общепринятым методикам.

При проведении экспериментов применяли современные микробиологические и биохимические методы исследований.

Количественный анализ нефти проводился весовым методом, методами газожидкостной хроматографии и ИК-спектрометрии.

абораторно-аналитические исследования образцов почвогрунтов проводили в соответствии с общепринятыми в почвоведении методами.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 1 Разработка комплексной технологии для очистки нефтешламов В настоящее время для обезвреживания и ликвидации нефтешламов широко используются механические, физико-химические методы или различные биопрепараты на основе нефтеокисляющих микроорганизмов. Однако односторонний подход не всегда дает достаточно эффективный результат.

Целью данной работы явилась разработка комплексной технологии утилизации нефтешламов.

1.1 Подбор детергентов для вымывания легких фракций из нефтешлама С целью подбора детергентов для вымывания легких фракций из толщи нефтешлама были исследованы растворы следующих ПАВ:

аминоалифатические, оксиэтилированные жирные кислоты и ОП-10.

Исследования проводили на лабораторной установке, которая представляет собой цилиндр объемом 1л, с диаметром 7 см, высотой 50см, наполненный нефтешламом. Количество нефтешлама - 300г. В толщу нефтешлама вставляли перфорированную трубку диаметром 1,5 см и высотой 50см. Промывная жидкость с поверхности поступала в толщу нефтешлама и легкие фракции вытесняли через отверстия в перфорированную трубку.

Количество промывной жидкости - 0,5 л. Промывку проводили дважды при комнатной температуре.

Концентрация ПАВ составила 0; 0,01; 0,02; 0,03; 0,04 и 0,05% масс.

О вымывающей способности промывочных жидкостей судили по количеству нефти и нефтепродуктов в эмульсии после промывки.

Результаты представлены на рисунке 1.

Как видно из рисунка 1, наибольшей вымывающей способность обладает раствор ОП-10, причем повышение концентрации выше 0,02% масс.

незначительно влияет на вымывающую способность раствора.

При этом, по-видимому, происходит мономолекулярная адсорбция на границе раздела фаз (водной и органической среды нефтешлама) согласно известной теории Ленгмюра. Поэтому дальнейшее увеличение концентрации ОП-10 не приводит к повышению количества нефти и нефтепродуктов в эмульсии.

Таким образом, для дальнейших исследований использовали раствор ОП10 с концентрацией 0,02% масс.

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,Концентрация ПАВ, % масс.

ОП-аминоалифотические ПАВ оксиэтилированные жирные кислоты Рисунок 1 - Количество нефти и нефтепродуктов в промывочной жидкости при вымывании растворами ПАВ с различной концентрацией.

эмульсии, г/л Количество нефти в 1.2 Изучение влияния физико-химических и биологических методов на процесс очистки поверхностного слоя шламонакопителя С целью изучения влияния физико-химических и биологических методов на процесс отделения легких фракций и фитомелиорации была поставлена серия опытов.

Для этого в стеклянные емкости объемом 7 л вносили нефтешлам, содержащий 25% масс. нефти и нефтепродуктов, в толщу нефтешлама ставили перфорированную трубку размером 2х10 см с целью дренирования легких фракций. Кроме того, перфорированные трубы обеспечивали аэрацию нижних слоев нефтешлама, что способствует усилению роста нефтеокисляющих микроорганизмов.

Для исследований использовали нефтешлам ОАО Новоил (г. Уфа), в нефтешлам предварительно добавляли опилки лиственных деревьев.

Исследования проводили при комнатной температуре в течение 60 суток.

На протяжении всех опытов влажность среды поддерживали 60 %, отн.

Во всех опытах после 60 суток проводили фитомелиорацию. При этом использовали сорго суданское (Sorghum sudanense) из расчета 3,0 г на 1 м2. По имеющимся сведениям, данный вид растений является наиболее толерантным к нефти и нфтепродуктам. Данные виды растений относятся к местным популяциям и широко применяются в сельском хозяйстве Республики Башкортостан. Следовательно, при толерантности к остаточному загрязнению нефтешлама нефтью и нефтепродуктами, они также соответствуют поставленным дополнительным требованиям.

В качестве микроорганизма-деструктора использовали Rhodococcus erythropolis AC 1339Д, так как в результате предварительных исследований он проявил наибольшую деструктивную активность к нефти и нефтепродуктам вышеназванного шламонакопителя по сравнению с известными нефтеокисляющими микромицетами, например Fusarium sp. №56.

В качестве биодобавок были исследованы высокомолекулярные кислоты (ВМК), полученные путем окисления керогена сланцев в водно-щелочной среде.

Для активации нефтеокисляющих микроорганизмов достаточно 0,001-0,002% масс. ВМК (патент РФ № 2160718). Однако в настоящее время в промышленности не налажен выпуск ВМК, поэтому дальнейшие исследования и испытания проводили с биотрином.

Ставили следующую серию опытов:

№1 - промывка нефтешлама водой.

№2 - промывка нефтешлама раствором ОП-10 (0,02% масс.).

Во всех последующих опытах проводили промывку раствором ОП-(0,02 % масс.) дважды.

№3 - Обработка нефтешлама суспензией нефтеокисляющих микроорганизмов (Rhodococcus erythropolis AC 1339 Д в количестве 1 л/м2).

Опыт проводили без внесения минеральных удобрений и биодобавок.

№4 - Обработка нефтешлама суспензией нефтеокисляющих микроорганизмов (Rhodococcus erythropolis AC 1339 Д 1л/м2). Опыт проводился с добавлением минеральной добавки N:P:K (1г/кг) и биотрина (2 г/кг).

№5 - опыт №4 с дальнейшей обработкой. На поверхность наносили слой чернозема толщиной 3-4см.

№6 - опыт №4 с дальнейшей обработкой. На поверхность наносится слой глины (3-4см), далее - слой чернозема толщиной 3-4см.

Об эффекте вымывания легких фракций судили по остаточному количеству нефти и нефтепродуктов, по приросту гетеротрофных микроорганизмов и росту растений.

Результаты исследований представлены на рисунках 2 и 3.

Как видно из рисунка 2, количество нефти и нефтепродуктов после вымывания раствором ПАВ, обработки нефтеокисляющими микроорганизмами с использованием минеральных и биодобавок, а также фитомелиорации снизилось на 50% (опыты № 4, 5, 6). При этом продуктивность фитомелиоранта в этих опытах составила 87% по отношению к продуктивности на черноземе.