foto1
foto1
foto1
foto1
foto1

Добыча нефти и газа

Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!

Влияние соотношения грунт/разрыхлитель на скорость и глубину разложения нефтепродуктов

Процесс биодеградации нефтепродуктов в замазученных материалах является аэробным. Ферментативный аппарат нефтеразрушающих микроорганизмов активного ила, при контакте с кислородом воздуха за счет сложных биохимических реакций способствует разложению нефтепродуктов до углекислого газа, воды и других продуктов.

    Очевидно, следует предположить, что чем выше пористость замазученного материала, тем интенсивнее протекает воздухообмен в системе, и тем больше степень распада нефтепродуктов. В естественных условиях порозность почвы (черноземы и легкие суглинки) лежит в пределах 15 - 25 %. При аварийном разливе нефтепродуктов и их инфильтрации в почвенное тело, наряду с ингибированием почвенной микрофлоры, происходит наполнение межпорового пространства нефтяной пленкой, и как следствие - слипание частиц грунта. При этом порозность почвы снижается до 3 - 8%. В таких условиях диффузия кислорода в почву или замазученный грунт, а также удаление продуктов метаболизма из штабеля затруднены, и аэробы ила не приживаются.

    При наблюдении за образцами замазученных грунтов, в которые был введен активный ил было отмечено, что с течением времени концентрация нефтепродуктов в почве падает. В контрольных образцах без активного ила концентрация углеводородов оставалась практически неизменной.

Процесс разложения нефтепродуктов в почвенном теле под действием активного ила можно выразить брутто-уравнением:

2СnН2n+2  + (3n + 1) O2 = 2n CO2 + (2n + 2) H2O

    Анализ уравнения показывает деструкция углеводородов в почве является гетерогенной и гетерофазной, и соответственно, во многом будет определяться массообменными процессами. К сожалению, вопрос о создании имитационной модели почвенного тела ставить пока преждевременно. Непреодолимые препятствия здесь создает фрагментарность сведений о почве, сложность и малоизученность ее концентрационной динамики. В этой связи следует ограничиться попыткой эвристического понимания модели почвы, которая позволит подойти к исследованиям главных закономерностей процессов трансформации органического вещества в почве.

    При построении такой системы понимания предполагается, что:

-      наибольшая концентрация органического вещества, как в не загрязненной почве, так и в нарушенной, обнаруживается в поверхностном слое малой толщины, от которого берет начало трофическая цепь, уходящая в глубину (в случае ели микроорганизмы не погибли в результате аварии);

-      распределение органики по глубине немонотонно и варьирует как в пространстве, так и во времени;

-      в деструкционном (катаболическом) процессе имеются как биологические, так и физико-химические стадии, в частности ферментативные реакции и перенос с гидродинамическими потоками [64 – 66]. 

Принципиальной задачей при разработке технологии биодеструкции замазученных грунтов является интенсификации как химических, так и физических стадий процесса в рамках вышеперечисленных представлений. Массообмен между порами и окружающей средой в почвенном теле перед внесением стартовой дозы активного ила можно улучшить за счет искусственного увеличения порозности слоя в образцах. Этого можно достичь путем внесения разрыхляющих добавок, например отходов деревообработки, растительных отходов и др. В этом случае порозность замазученного грунта возрастает в несколько раз, что способствует переработке нефтепродуктов микрофлорой активного ила.

    Как было предположено ранее, а затем подтвердилось экспериментально – степень разложения нефтепродуктов в образцах возрастает симбатно увеличению содержания разрыхлителя. Ниже приведены экспериментальные данные по разложению нефтепродуктов под действием активного ила (220 ± 10 мг/кг) в системах с различным содержанием разрыхлителя. Начальная концентрация нефтепродуктов ([УВ]0) в образцах составляла 2700 ±100 мг/кг.  

Как видно из приведенных экспериментальных данных, чем больше порозность образца почвы, тем выше интенсивность распада нефтепродуктов. Кроме того, опыты показали, что тип наполнителя, вероятно, не играет существенной роли в процессе искусственного увеличения пористости замазученного грунта. Точки на кривой зависимости степени распада нефтепродуктов от содержания наполнителя, относящиеся к разному типу разрыхляющего вещества, удовлетворительно укладываются на график одной функциональной зависимости (рис. 3.1).

Такое протекание процесса указывает на то, что кинетика распада нефтепродуктов в материалах с низкой порозностью всецело зависит от диффузии кислорода в зону реакции и удаления продуктов метаболизма из нее. Разрыхлитель, основой химического состава которого является целлюлоза и лигнин, не оказывает химического влияния на процесс, и роль его ограничивается на уровне физического воздействия. Конечно, данный вывод справедлив только относительно отходов, имеющих сходный химический и фракционный состав.

    Тем не менее, трудно предложить в качестве разрыхляющей добавки какие-либо другие материалы, кроме опилок, стружки или растительных отходов, которые не изменяли бы при их внесении структурных свойств почвы. Так применение строительных отходов, шлаков и т.д. в данном случае абсолютно не приемлемо.

Однако следует отметить, что уменьшать соотношение грунт/разрыхлитель менее 2,0 не целесообразно, так как значительное повышение содержание опилок в замазученном грунте не приводит к существенной интенсификации процесса биодеструкции.

При изменении объемного соотношения в интервале 0,5 до 2,0 в четыре раза, степень разложения нефтепродуктов за 120 суток увеличивается менее чем на 10 % (рис. 3.1). Кроме того, необоснованное увеличение содержания разрыхлителя в замазученном материале влечет за собой резкое возрастание затрат на транспортировку и перемешивание, что существенно затрудняет внедрение разрабатываемой технологии в реальной ситуации.

Таблица 3.1

Экспериментальные данные по разложению нефтепродуктов под действием активного ила в системах с различным содержанием разрыхлителя. Т = 20 ± 20С, [АИ] = 220 ± 10  мг/кг, [УВ]0 = 2700 ±100 мг/кг и [H2О] = 40 ± 5% мас.

пробы

Объемное соотношение

Грунт/разрыхлитель, см3/см3

Тип

разрыхлителя

Степень распада

нефтепродуктов за 120 суток, %

1

10,0

Опилки

16

2

10,0

Стружка

15

3

10,0

Солома

13

4

5,0

Опилки

41

5

5,0

Стружка

42

6

5,0

Солома

38

7

2,5

Опилки

52

8

2,0

Опилки

62

9

2,0

Стружка

61

10

1,5

Опилки

65

11

1,0

Опилки

67

12

0,8

Опилки

69

13

0,6

Опилки

71

14

0,5

Опилки

71

Таким образом, можно определить наиболее приемлемые соотношения смешивания замазученного материала и наполнителя. Интервал соотношений объемных частей замазученного грунта и разрыхлителя, который удовлетворяет критериям настоящей работы,  лежит в пределах от 1,5 до 2,5 см3/см3. Среднее значение интервала – 2,0 см3/см3. Это соотношение в дальнейшем взято за основу для проведения экспериментов по выявлению кинетических закономерностей разложения нефтепродуктов в замазученных грунтах под влиянием активного ила.

Статистика



Яндекс.Метрика