На протяжении многих десятков лет нефть играет ведущую роль в процессе энергообеспечения планеты. В 2013 году в России было добыто 531,4 млн. тонн нефти, что на 1,3% выше, чем в 2012 году [1]. Транспортировка нефти и нефтепродуктов осуществляется в больших объемах и представляет опасность для природы. Почва в большей степени страдает от загрязнения нефтью. Более чем в 80% случаев аварийных ситуаций на объектах нефтедобычи загрязнению подвергается почва, в 17% случаев — водные объекты [2].
Негативное действие нефти связано с непосредственным токсическим действием, а также с изменением физических свойств почвы (ухудшается доступ кислорода и влаги), вследствие чего снижается ее плодородие.
Восстановление плодородия почвы после воздействия нефтепродуктов в естественных условиях длится десятки лет, а глубинные загрязнения могут сохраняться сотни лет [3].
Наиболее перспективным считается биологический путь восстановления загрязненных почв. Существуют природные микроорганизмы, которые потребляют нефтепродукты в качестве источника углерода и окисляют токсичные соединения, преобразуя их в гумус [4].
Для достижения высоких скоростей окисления нефтепродуктов микроорганизамими используются специальные аппараты — биореакторы, в которых можно относительно легко обеспечивать оптимальные условия развития микроорганизмов, термофильные режимы обработки, доминирование микроорганизмов-деструкторов.
Для уменьшения затрат на проведение процесса ремедиации биореакторы можно использовать в качестве одной из ступеней обработки загрязненных материалов с предварительным фракционированием по степени загрязнения механическими или гидромеханическими методами. Наиболее загрязненные фракции при этом обрабатываются в биореакторах.
Для проведения этапа биологической очистки разрабатываются закрытые биореакторы изотермического типа. Конструктивно биореакторы представляют собой камеру, куда подается загрязненный нефтепродуктами грунт, внутри которой осуществляется перемешивание грунта и периодическая дозированная подача воды, удобрений и микрофлоры. Такие реакторы могут работать круглогодично за счет поддержания оптимальных температурных условий, необходимых для размножения микроорганизмов и биоразложения нефтепродуктов [5].
Для интенсификации процесса необходимо обеспечить микроорганизмы достаточным количеством кислорода, что становится возможным с использованием мешалок-аэраторов. Аэраторы представляют собой перемешивающие устройства различных типов, обеспечивающие доступ кислорода к глубинным слоям почвы [6].
Гребковые мешалки – аэраторы, представляют собой наборы неравномерно закрепленных на вращающихся траверсах вертикальных тонких штырей. При вращении гребковой мешалки штыри, следуя круговым траекториям, оставляют в почве цилиндрические каналы, по которым атмосферный воздух проникает во внутренние слои грунта. Эти динамические каналы постоянно засыпаются новыми порциями грунта и вновь возобновляются с очередным оборотом вала привода.
Преимущества гребковых мешалок:
- не приводит к грануляции почвы;
- обеспечивает аэрацию почвы;
- сопротивление меньше, чем у других исследованных видов мешалок.
Недостатки гребковых мешалок:
- при вращении мешалка повторяет свою траекторию на каждом обороте, что может способствовать появлению неаэрированных или застойных зон;
- увеличение диаметра и количества штырей приводят к возрастанию энергозатрат.
Нами было выдвинуто предположение, что этих недостатков можно избежать, используя принципиально новую конструкцию мешалки, позволяющую более полно обрабатывать объем перемешиваемого грунта при тех же скоростях вращения вала.
Мешалка новой конструкции представляет собой закрепленные на вращающихся траверсах также вращающиеся профилированные штыри. При вращении, за один оборот траверсы, мешалка-сателлит совершает дополнительный поворот вокруг своей оси. Таким образом, вращаясь, штыри сателлитной мешалки оставляют в почве цилиндрические каналы сложной формы, по которым атмосферный воздух проникает во внутренние слои грунта. Эти каналы постоянно перекрываются новыми порциями грунта. С очередным оборотом вала, штыри сателлитной мешалки, повернувшись, переходят на новую траекторию, аэрируя не затронутую ранее часть грунта.
Преимущества сателлитной мешалки:
- обеспечивает более полную аэрацию почвы без увеличения скорости вращения вала;
- как следствие, уменьшаются энергозатраты [7].
Эксперименты по исследованию траектории движения штырей мешалок проводились в затемненной комнате. К одному из штырей мешалки прикреплялся светодиодный фонарик во включенном состоянии. После запуска лабораторной установки осуществлялась фотосъемка при выдержке в 2 и 5 секунд, при скорости вращения вала 60 об/мин. Эксперимент проводился с сателлитной мешалкой с вращающимися и с застопоренными сателлитами. Аналогичный эксперимент был проведен с гребковой мешалкой.
Во время работы перемешивающего устройства штыри сателлитной мешалки оставляют в почве цилиндрические каналы сложной формы, по которым атмосферный воздух проникает во внутренние слои грунта. Эти каналы постоянно перекрываются новыми порциями грунта.
Сателлитная мешалка является наиболее эффективной по сравнению с гребковыми мешалками различных типов, она приводится во вращение за счет момента, возникающего при отличающихся режимах обтекания сыпучей средой различно ориентированных профилированных штырей. Гребковая мешалка обеспечивает худшую аэрацию, так как ее штыри не производят дополнительных оборотов и повторяют траектории с каждым оборотом.
Список литературы:
- Добыча нефти URL: https://ru/ upstream/ (дата обращения: 20 января 2015).
- Доклад С. Донского на комиссии ТЭК 25 февраля 2014 // URL: https://neftegaz.ru/analisis/ view/8159/ (дата обращения: 20 марта 2014).
- Кобзев Е.Н., Петрикевич С.Б., Шкидченко А.Н. Исследование устойчивости ассоциации микроорганизмов — нефтедеструкторов в открытой системе.// Прикладная биохимия и микробиология, 2001, Т. 37, №4, стр. 413-417.
- Мурзаков Б.Г. Экологическая биотехнология для нефтегазового комплекса (теория и практика) // Типография ордена «Знак почета» издательство МГУ, 2005, с. 79.
- Рудакова Л.В., Зайцева Т.А., Сакаева Э.Х. и др. Восстановление техногенных грунтов биотехнологическими методами / Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, №6, 2010, с.23-27.
- Крамм Э.А., Заборская А.Ю. Подбор конструкции мешалки и режима перемешивания для аэрации нефтезагрязненной почвы // Известия МГТУ МАМИ – М., МГТУ «МАМИ», №2 (14), 2012, т.4? c. 89.
- Влияние аэрации на процессы биокомпостирования нефтезагрязненных грунтов// Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 2013/9, с. 22.[schema type=»book» name=»ИЗУЧЕНИЕ ТРАЕКТОРИЙ ДВИЖЕНИЯ МЕШАЛОК-АЭРАТОРОВ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ РАБОТЫ ПРИ БИОРЕМЕДИАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ» author=»Заборская Анна Юрьевна, Заборская Ольга Юрьевна,Крамм Эдуард Александрович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-26″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.01.2015_01(10)» ebook=»yes» ]