foto1
foto1
foto1
foto1
foto1

Добыча нефти и газа

Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!

Влияние исходной концентрации нефтепродуктов на скорость их разложения в замазученных материалах

Важнейшим фактором, влияющим на биохимическое разложение углеводородов является их исходная концентрация. Исходя из общих представлений химической кинетики (Закон действующих масс), с одной стороны, скорость химической реакции пропорциональна концентрациям реагирующих веществ [69].

Другим определяющим фактором является то, что микрофлора активного ила способна функционировать в конкретном концентрационном диапазоне содержания углеводородов. При малых значениях концентраций нефтепродуктов их распад в контакте с активным илом, должен происходить с относительно небольшими скоростями. В этом случае, время распада нефтепродуктов, очевидно, будет определяться концентрационной зависимостью скорости реакции.

    Слишком большие концентрации нефтепродуктов, могут привести к ингибированию или гибели микрофлоры: поверхность иловой клетки обволакивается пленкой нефтепродуктов, и фермент-субстратный комплекс с участием кислорода не образуется,  т.к. затруднен доступ кислорода в зону процесса.

    Для выявления зависимости скорости распада нефтепродуктов под действием активного ила от их содержания в почве в лабораторных условиях была поставлена серия опытов по разложению нефтепродуктов в замазученных грунтах с варьированием начальной концентрации углеводородов. Частота перемешивания образцов – 1 раз в двое суток Результаты приведены в табл. 3.2 и 3.3.

    На рис. 3.2 и 3.3 приведены зависимости конверсий нефтепродуктов при различных начальных концентрациях во времени. Видно, что разложение нефтепродуктов в почвенном теле происходит при всех изученных начальных концентрациях углеводородов. В течение первых трех месяцев выдерживания образцов, при соблюдении соответствующих экспериментальных условий проведения процесса (наличие разрыхлителя, биогенной добавки, механическое рыхление с целью аэрации, ведение процесса в изотермическом режиме) максимальные значения величин конверсий нефтепродуктов 60 – 80 % приходятся на исходные концентрации от 80 - 2500 мг/кг грунта.

Таблица 3.2

Изменение концентраций нефтепродуктов в пробах замазученного грунта в процессе биоразложения под действием активного ила.

Т = 20 ± 20С, [АИ] = 100 ± 5 мг/кг и [H2О] = 40 ± 5% мас. Грунт/разрыхлитель = 2 см3/см3

Время биодеструкции, сутки

Концентрация нефтепродуктов в пробах замазученного грунта, мг/кг

0

16,0

83,3

290,0

1246,7

2533,1

30

13,1

68,0

240,2

1063,7

2212,4

60

12,4

56,6

192,8

893,6

1920,7

90

11,9

49,3

154,8

723,1

1640,4

120

11,3

39,5

124,1

560,4

1386,1

150

10,9

36,6

101,3

427,9

1140,3

180

10,8

32,0

87,3

313,1

966,1

               

Таблица 3.3

Изменение концентраций нефтепродуктов в пробах замазученного грунта в процессе биоразложения под действием активного ила.

 Т = 20 ± 20С, [АИ] = 100 ± 5  мг/кг и [H2О] = 40 ± 5% мас. Грунт/разрыхлитель = 2 см3/см3

Время биодеструкции, сутки

Концентрация нефтепродуктов в пробах замазученного грунта, мг/кг

0

5213,0

7601,2

14867,0

19657,3

24130,2

30

4719,2

7304,4

14688,3

19509,8

24064,1

60

4263,6

7161,1

14505,6

19362,5

23982,8

90

3881,8

6894,2

14327,7

19205,2

23919,7

120

3593,9

6635,7

14134,4

19040,0

23872,6

150

3270,0

6324,0

13971,1

18894,1

23811,3

180

2995,1

6107,8

13790,9

18732,3

23763,7

На основе экспериментальных данных была рассчитана скорость разложения нефтепродуктов в замазученном грунте. Скорость процесса - это количество разложившегося вещества в единицу времени:                                                       W = - dS/dt = (So - S)/ t  , где

Sо, S - начальная и текущая концентрации нефтепродуктов, мг/кг;

W - скорость распада нефтепродуктов, мг/кг сут;

t - время распада  нефтепродуктов, сут.

    Результаты расчета скоростей приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Данные по расчету начальных скоростей при различных начальных концентрациях

S, мг/кг

16,0

83,3

290,0

1246,7

2533,1

5213,0

7601,2

14867

19657,3

24130,2

W, мг/кг сут

0,097

0,51

1,66

6,1

10,69

16,46

9,89

5,96

4,92

2,34

На рис. 3.4 представлены зависимости конверсии нефтепродуктов за 120 суток в образцах, имеющих различные исходные концентрации углеводородов. Видно, что общая зависимость носит экстремальный характер.

    Так как окислитель (кислород) и субстрат (нефтепродукты) находятся в различных фазах, процесс биоразложения можно дифференцировать  на следующие стадии, характерные для гетерогенных каталитических процессов [68]:

-      диффузия кислорода к поверхности твердых частиц почвы;

-      адсорбция кислорода на поверхности зерен;

-      биохимическая окислительная деструкция нефтепродуктов;

-      десорбция продуктов биодеструкции с поверхности твердых частиц;

-         диффузия продуктов биодеструкции из порового пространства в  окружающую среду.

Обработка экспериментальных данных подтвердила предположения о том, что в зависимости от величины начальной концентрации нефтепродуктов в почвенном образце процесс биодеструкции может протекать в кинетической области (скорость биораспада определяется соотношением скоростей накопления и разложения фермент-субстратного комплекса) и диффузионной области (скорость биораспада лимитируется диффузией кислорода в поры почвенного тела и выводом продуктов катаболизма).

    Из табл. 3.4 видно, что в области концентраций углеводородов от 16 до 5500 мг/кг скорость процесса с увеличением начальной концентрации возрастает. В области высоких концентраций при  увеличении содержания субстрата скорость распада падает.

    В результате обработки экспериментальных данных, таким образом, удалось установить оптимальный концентрационный интервал, в котором биохимический распад нефтепродуктов протекает с наибольшей скоростью. Этот интервал концентраций углеводородов лежит в пределах 1200 – 14800 мг/кг.

Статистика



Яндекс.Метрика