Предлагаемый метод очистки земли от углеводородных продуктов(нефтесодержащих) основан на облучении загрязненной нефтью земли с использованием СВЧ энергии в результате чего легкие фракции освобождаются с дистиллированной водой. Суть этого метода заключается в задании линейно увеличивающейся температурs с помощью увеличения длительности импульсов работы магнетрона и времени на каждый этап, впоследствии, объединенная фракция разлагается и на выходе установки мы получаем воду и легкие фракции нефти.
Главный ущерб который ежегодно наносит нефтедобывающие компании по массивам земель это почва. Если попытаться разобрать почву, как гетерогенную систему, то можно увидеть следующие основные аспекты:
- Твердая часть – состоит из минеральных, (являющихся основными), органических и биологический компонент;
- Жидкость – почвенный раствор;
- Газообразный – почвенный воздух.
Почва хранит в себе огромное количество живых систем, которые не устойчивы к огню, сильным холодам, и углеводородосодержищим продуктам.Почва, это биоминеральная, развивающееся динамически, биокостная система, которая постоянно находиться в материальном и энергитическом взаимодействии с внешней средой. В основном состав почвы основывается на трех элементах — из кварца (SiO2) и алюмосиликатов (Аl2О3,) и воды (Н2О)в различных соотношениях.
Твердая или как её ещё называют разноразмереные гранулированный состав почвы представляет собой условно размеры, того или иного песка. Поскольку почва это синтез полезных минералов и твердых гранул [4].
Выявлены три следующие экологических фактора взаимозаменяемых при загрязнении нефтью:
а) сложность, уникальнаяполикомпoнентность cоcтава нефти, нахoдящейcя в состоянии постоянного изменения;
б) cложность, гетерoгенность состава и структуры любой почвы, нахoдящeйcя в процессе пocтoяннoгo развития и изменения;
в) многoобразие и изменчивость внешних факторов, под воздействием которых находится система: температура, давление, влажность, состояние атмосферы, гидросферы и др.
Следуя выше описанному, следует отметить что oценивaть последствия нефтяного загрязнения необходимо с учетом конкретного сочетания этих трех групп фaктoрoв.
Нефть — это высокоорганизованная субстанция, состоящая из большого количества различных компонентов. Нефть деградирует в почве очень долго, процессы окисления одних структур ингибируются другими структурами, изменение видов отдельных соединений идет по пути приобретения форм, трудноокисляемых в дальнейшем. На земной поверхности нефть оказывается в другой форме — в аэрируемой среде. Главный механизм окисления углеводородов разных классов в аэробной среде следующий: внедрение кислорода в молекулу, замена связей с малой энергией разрыва (С-С, С-Н) связями с большой энергией, следовательно, процесс протекает самопроизвольно.
Вредное экологическое влияние асфальто-смолистых компонентов на почву является не столько в химической токсичности, сколько в значительном изменении физических свойств почв. Если нефть просачивается сверху, ее асфальто-смолистые компоненты сорбируются, в основном, в верхнем, гумусовом горизонте, иногда прочно цементируя его. При этом уменьшается поровое пространство почв. Асфальто-смолистые компоненты гидрофобны. Обволакивая корни растений, они в течении нескольких дней ухудшают поступление к ним влаги, в результате чего растения погибают.
Основной целью исследования загрязнений природной среды является скорейший, быстрый возврат непригодных для использования земель в сельскохозяйственное производство, восстановление их первоначальной продуктивности.
Как только нефть попадает в землю, плодородную, начинаются окислительные реакции, тут же количество микроорганизмов увеличивается и начинается процесс разложения обезвоживания нефти естественным путем. В различных регионах скорость разложения нефти в почве по данным разных авторов различается в пять и более раз. Восстановление первоначальной продуктивности земель при активной рекультивации происходило в одних случаях в течение года, в других растягивалось от нескольких лет: до 12 и более. Выделяют следующие этапы деградации нефти в почве:
I этап (первые 1-1,5 года). Имеют место физико-химические процессы: распределение углеводородов по профилю, испарение, вымывание, ультрафиолетовое облучение. К концу первого года полностью исчезают налканы. Происходит приспособление к новым условиям и плавное увеличение количества микроорганизмов, особенно углеродокисляющих.
II этап (3-4 года). Частичная биохимическая деструкция сложных гибридных молекул, изменение состава нефти. Вспышка численности микроорганизмов, к концу этапа — ее снижение.
III этап (для исследуемых зон через 4-5 лет). Исчезновение остаточной нефти в исходных и вторичных парафиновых углеводородах.
Сбор и хранение нефтешламов, чаще всего, осуществляется на специально отведенных для этого площадках или в бункерах без какой-либо сортировки или классификации. В шламонакoпителях происходят естественные процессы природной окружающей в ней среды — накопление атмосферных осадков, развитие микроорганизмов, протекание окислительных и других процессов, которые ведут к самовосстановлению почвенного покрова.
В регионах, где раньше процветало различные земледельческие культуры, сейчас опустошены, плодородный слой почвы уменьшается и многие обеспокоены этой ситуацией. При решении проблемы переработки нефтешлама, удается решить и эти проблемы.
Рассмотрим метод переработки нефтешлама подробнее. Сперва требуется выбирать оптимальный режим работы, для этого было проведен ряд опытов, после которых был выбран порядок указанный в таблице 1.[3]
Табл. 1 – Уровень мощности генератора
| Номер эксперимента | Р(мощность),% | t(время), сек | T(темпе-ратура),
°C |
Примечание |
| 1. | 30 | 900 | 25 | |
| 2. | 50 | 900 | 34 | |
| 3. | 70 | 900 | 47 | |
| 4. | 70 | 900 | 55 | |
| 5. | 70 | 900 | 60 | |
| 6. | 70 | 900 | 69 | |
| 7. | 70 | 900 | 70 | |
| 8. | 70 | 900 | 75 | |
| 9. | 70 | 900 | 77 | появился слабый дым |
| 10. | 70 | 900 | 80 | |
| 11. | 70 | 900 | 85 |
Эти данные необходимы для того, чтобы получить полный прогрев без ущерба технологическому процессу. Ясно и понятно, что при увеличении температуры объекта, получается больше испарений, однако это число неможет бытьчрезмерно большим,поскольку в этомслучаевозникает процессбитумизации (245°С) и сам процесс оказывается неконтролируемым, вследствие крайне высокой температуры паров и недостаточно низкой температуры охлаждающей камеры. Оптимальной нами считается следующая методика: разогрев происходит в три этапа. В первом происходит прогрев до температуры 50-60°С. Во втором этапе прогрев до 110°С и в третьем до 146°С, в этапах для которых характерно превышение температуры из указанного диапазона, применяется уменьшение мощности, указанное в техническом регламенте.В случае низкой температуры медленного измененияпоказателя, напротив – увеличение мощности генератора. Тем самым достигается оптимальное режим прогрева и контролируемый процесс облучения. Выбрав оптимальный режим прогрева, помещаем нефтешлам в круглодонную колбу рис.1. На рисунке 1, показана структурная схема лабораторного микроволнового комплекса. Общая длина установки составляет– 1,14 метра.[5]
Рис. 1. Структурная схема лабораторной установки:
Для сбора полученных нефтепродуктов используются специализированные емкостные шприцы.Масса растворителя – воды 62гр. Масса нефтешлама 86гр; масса приемника(без учета массы колбы, с воднонефтянной эмульсией) – 74гр.(12гр. углеводородного сырья), 2 грамма из нефтешлама улетучелось.
Рис.2 — выходной продукт – отстойник(растворитель вода).
При использовании растворителя вода, углеводородный продукт является густой и не смешан с водой, в СВЧ диапазоне – дисперсия является поляризацией компонентов воды.
Следует отметить и то, что продукт на выходе состоит из воды, легких и тяжелых фракций и замазученного остатка. Способ обработки нефтешлама заключается в его подогреве, нейтрализации и разделении на твердую, водную и нефтяную фазы СВЧ энергией, нагретым до температуры 60-200°С. Далее выходной продукт попадает в приемник (усеченную круглодонную колбу), после чего используются специализированные емкостные шприцы для отбора готового продукта, а замазученные механические примеси и водно-иловую суспензию обрабатывают в аппарате-культиваторе микроорганизмами и грибной микрофлорой с получением тяжелых металлов, песка и глины для использования в промышленности[2]. Изобретение высокоэффективно при обработки нефтешлама, имеет низкие затраты на переработку нефтяных отходов, и исключает из процесса использование дорогостоящих реагентов и технологий, а также обеспечивает экологическую чистоту.
Список литературы.
- ЗуевО. Ю. Исследование процессов переработки твердого нефтешлама с применением растворителей: бакалаврская работа, Казань, 2015.
- Зоркин Е.М. Способ обработки нефтешлама : пат. 2 396219 С1 Рос. Федерация. № 2008147031/15; заявл. 28.11.08 ; опубл. 10.08.10, Бюл. №22. 9 с.
- Министерство Природных Ресурсов и Экологии Российской Федерации [Электронный ресурс] : «На сегодняшний день выявлено почти 77 тыс. мест незаконного складирования отходов, вред почвам от этого превысил 7 млрд рублей» ; Ин-т «Пресс-служба Минприроды России». М., 2014. URL: https://www.mnr.gov.ru/news/detail.php?ID=134377&sphrase_id=536093 (дата обращения: 16.05.2014)
- Миннигалимов Р. З. Разработка технологии переработки нефтяных шламов с применением энергии ВЧ и СВЧ электромагнитных полей: диссертация на соискание доктора технических наук, Уфа, 2011.
- A. Vedenkin, R.E. Samoshin, O.Yu. Zuev Laboratory complex for processing of oily waste using microwave thechnology in a Proceedings of X Anniversary International Conference on Antenna Theory and Techniques, April 21 – 24, 2015 year – Kharkiv: — Kharkiv, Ukraine: Publishing house of Ukrainian National Antenna Association, 2015. – P. 396-398.
- A. Vedenkin, R.E. Samoshin, O.Yu. Zuev Treatment of oil sludge using microwave energy in a Proceedings of X Anniversary International Conference on Antenna Theory and Techniques, April 21 – 24, 2015 year – Kharkiv: — Kharkiv, Ukraine: Publishing house of Ukrainian National Antenna Association, 2015. – P. 399-401.[schema type=»book» name=»АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ НА ВЕРХНИЙ СЛОЙ ПОЧВЫ И ЗЕМЛЮИ ПЕРЕРАБОТКА НЕФТЕШЛАМОВ» description=»Представлены результаты численных и экспериментальных исследований обработанного нефтешлама с применением растворителя вода, получена очищенная земля и дистиллированная вода. Особенностью данных исследований заключается в том, что в настоящее время для решения проблемы инженерной защиты окружающей среды, применение СВЧ энергии является одной из выгодных по расчетам затрат и эксплуатации.» author=»Каримов Айрат Габдулхамитович, Курангышев Анрей Вячеславович, Кешишев Анатолий Сергеевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-24″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_25.07.15_07(16)» ebook=»yes» ]