foto1
foto1
foto1
foto1
foto1

Добыча нефти и газа

Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!

Зависимость скорости разложения нефтепродуктов от концентрации активного ила

Существует несколько способов рекультивации почв на замазученных участках при аварийных проливах нефти. Но все эти технологии, несмотря на значительную эффективность, крайне дороги.

На территории многих областей России отсутствует промышленное производство чистых нефтеразрушающих культур. Поиск альтернативных методов привел к решению использования для биодеградации нефтепродуктов в замазученных грунтах и твердых нефтесодержащих отходах микроорганизмов активного ила канализационных очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов.

    Активный ил КОС биологической очистки нефтеперерабатывающих заводов является отходом производства. Как было указано выше, активный ил включает очень широкий спектр популяций нефтеразрушающих бактерий, и, кроме того, большое количество микрофлоры, близкой к почвенной. Он способен перерабатывать загрязнения в динамически неоднородных условиях: в широком диапазоне температур, концентраций, влажности, степень аэрации и т.д.

    Экспериментальные данные, полученные в настоящей работе, а также анализ литературной информации показывает, что после внесения активного ила в замазученный грунт часть микроорганизмов гибнет через 1-2 часа, оставшаяся часть адаптируется и продолжает функционировать в виде биопленки, адсорбированной на зернах почвы.  Но уже через 4 - 6 часов после внесения ила в замазученный грунт при нормальном доступе кислорода в среду количество клеток  увеличивается [70]. Через 12 часов наступает замедление процесса роста облигатных аэробов. В конечном итоге при наличии более или менее благоприятных условий, в почвенном теле устанавливается некая квазистационарная концентрация микроорганизмов, которая является действующей при условии сохранения влажности на уровне 40-50 %. В различных условиях эксперимента квазистационарная концентрация будет варьироваться, однако в случае фиксированных экспериментальных условий, квазистационарная концентрация микроорганизмов, определяющаяся процессами роста и гибели микрофлоры, будет прямо пропорциональна количеству внесенного в образец активного ила. Поэтому начальная концентрация активного ила может служить брутто-критерием каталитической активности системы.

 Максимальная скорость процесса зависит от концентрации (активности) фермента (уравнение (10)) [69]. В нашем случае, активность ферментов прямо пропорциональна концентрации активного ила. Поэтому в дальнейших исследованиях при описании закономерностей протекания процессов оперировали величиной концентрации активного ила, допуская, что активность дегидрогеназы в различных порциях ила с одних и тех же очистных сооружений (БОС ОАО «Куйбышевский НПЗ») различается незначительно. Активность каталазы контролировали перед внесением активного ила в образцы.

    Для выяснения степени зависимости максимальной скорости от концентрации активного ила была поставлена специальная серия опытов.

    В лабораторных условиях была поставлена серия опытов по разложению нефтепродуктов в образцах с различными концентрациями активного ила. Концентрация нефтепродуктов в каждой серии составляла 2700 ±200 мг/кг. На основе экспериментальных данных была рассчитана скорость разложения нефтепродуктов при варьировании дозы активного ила. Результаты расчета начальных скоростей приведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Данные по расчету начальных скоростей на основе экспериментальных результатов по разложению нефтепродуктов при различных концентрациях активного ила. Т = 20 ± 20С, [УВ]0 = 2700 ± 200  мг/кг и [H2О] = 40 ± 5% мас. Грунт/разрыхлитель = 2 см3/см3

Концентрация

активного ила, мг/кг

25

75

100

220

320

Скорость

биоразложения, мг/кг сут

7,24

9,35

10,69

13,95

15,90

    На рис. 3.8 показана зависимость скорости разложения нефтепродуктов от концентрации активного ила. Видно, что при увеличении дозы активного ила начальная скорость биоразложения нефтепродуктов увеличивается. Также необходимо отметить, что увеличение концентрации свыше 160 мг/кг приводит к «ослаблению» функциональной зависимости возрастания скорости разложения нефтепродуктов от концентрации активного ила. Поэтому, дальнейшее увеличениe дозы активного ила нецелесообразно.

    Для выяснения степени зависимости скорости реакции от концентрации активного ила, путем обработки экспериментальных данных был найден порядок реакции по активному илу.

Как было показано ранее, скорость биоразложения нефтепродуктов существенно зависит от концентрации субстрата (нефтепродуктов). На рис. 3.9 приведены зависимости конверсии нефтепродуктов во времени в логарифмических координатах в интервале концентраций углеводородов, который определяет протекание биоразложения в кинетической области. Следует отметить, что кривые изменения конверсии во времени удовлетворительно линеаризуются в полулогарифмических координатах, что указывает на первый порядок реакции по углеводородам [69]. В этом случае справедливым будет введение величины концентрации нефтепродуктов в эффективную константу скорости с показателем степени 1,0 при постановке и обработке результатов эксперимента с варьированием концентрации активного ила.

    При условии постоянства концентраций нефтепродуктов в образце и допущении постоянства в поровом пространстве замазученного грунта концентрации кислорода, а также при условии протекания процесса в кинетической области, получим, что W  = kэф[АИ]n (16),    где

n - порядок реакции по активному илу.

    Логарифмируя уравнение (16) получим: ln W = ln kэф + n ln[АИ]         (17).         Данные по расчету скорости разложения нефтепродуктов в зависимости от концентрации активного ила в логарифмических координатах форме приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Данные по расчету порядка биоразложения по активному илу на основе экспериментальных результатов по разложению нефтепродуктов при различных его концентрациях. Т = 20 ± 20С, [УВ]0 = 2700 ± 200  мг/кг и [H2О] = 40 ± 5% мас. Грунт/разрыхлитель = 2 см3/см3

Логарифм концентрации

активного ила

3,22

4,32

4,61

5,39

5,77

Логарифм скорости

биоразложения

1,98

2,24

2,37

2,64

2,77

На рис. 3.10 приведен график зависимости скорости разложения нефтепродуктов от концентрации активного ила в двойных логарифмических координатах. Порядок реакции, исходя из приведенной функции, находят, как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс, а эффективную константу, как антилогарифм величины отрезка, отсекаемого прямой на оси ординат. Порядок реакции, определенный в результате обработки экспериментальных данных, равен n = 0,25 ± 0,05.

    Таким образом, уравнение скорости реакции имеет вид:

Wmax= 6,0[АИ] (0,25 ±0,05)

   

И соответственно, приближенная модель изотермического распада нефтепродуктов в замазученных материалах выражается следующим уравнением:

W  = 6,0[АИ] (0,25 ±0,05)/(1 + (6050 ±400)/S0)     (18)

    Комплекс проведенных исследований позволил определить модель процесса разложения нефтепродуктов в замазученных материалах в кинетической области. Определены интервалы концентраций нефтепродуктов, разрыхляющего материала, в которых скорость биодеградации углеводородов будет максимальной.

Статистика



Яндекс.Метрика