Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка комплексной технологии обезвреживания нефтешламов на территории месторождения AUCA - EP PETROECUADOR в Эквадоре

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Разработка комплексной технологии обезвреживания нефтешламов на территории месторождения AUCA - EP PETROECUADOR в Эквадоре"

9 15-5/1109

На правах рукописи

Херрера-Альварадо Луис Андрее

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НЕФТЕШЛАМОВ НА ТЕРРИТОРИИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ AUCA - ЕР PETROECUADOR В ЭКВАДОРЕ

03.02.08 - Экология (в химии и нефтехимии)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2015

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина» на кафедре промышленной экологии и в Эквадорской государственной нефтяной компании ЕР -РЕТ1ШЕСиАО(Ж.

Научный руководитель: Мазлова Елена Алексеевна, д.т.н., профессор,

член-корр. РАЕН

Официальные оппоненты: Ярыгин Геннадий Андреевич, д.т.н, профессор,

председатель Совета директоров, научный руководитель ЗАО «НПФ «ДИЭМ»

Попадько Наталья Владимировна, к.т.н, заместитель директора центра экологической безопасности, энергоэффективности и охраны труда ООО "Газпром ВНИИГАЗ"

Ведущая организация: Федеральное государственное учреждение науки

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения Российской академии наук (ИФХБПП РАН)

Защита состоится «24» ноября 2015 г. в 10 часов в ауд. 202 на заседании Диссертационного совета Д 212.200.12 в ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина» по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 65, корп. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина» и на сайте http://www.gubkin.ni/.

Автореферат разослан «_»_2015 г. ¿с

Ученый секретарь л в Иванова

диссертационного совета Д 212.200.12 к.т.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нефть и нефтепродукты являются одним из основных загрязнителей окружающей среды. Разливы, утечки, амбары со шламами наносят ущерб почвенному покрову, загрязняют поверхностные и грунтовые воды.

Эта экологическая проблема остро стоит для Эквадора, который входит в список 17 стран мира с биологическим мега-разнообразием. В эквадорских джунглях находится парк Ясуни, занимающий первое место в списке по мега-разнообразию в мире, только на одном гектаре этого парка находится больше видов деревьев, чем во всей Северной Америке, а также 100 тысяч видов насекомых. Однако этот парк является лишь остатком существующих джунглей, выжившим до начала разработки нефтяных месторождений.

В результате многолетней добычи нефти транснациональными компаниями к 2012 г. на территории Эквадора было зарегистрировано 864 места нефтеразливов, загрязненных выветренной нефтью, и 1545 нефтешламовых амбаров. При этом общий объем нефтешламов достигал 124 тыс. мЗ, а загрязненного грунта - 4,8 млн. мЗ.

Компания ЕР PETROECUADOR разработала программу последовательной очистки территорий, накопленного за многие года эксплуатации месторождений экологического ущерба. Компания использует на своих месторождениях методы механической очистки территорий от нефтяного загрязнения, а также широко применяются методы биоремедиации и биорекультивации замазученных территорий. В основе применяемых методов биоремедиации лежит способность микроорганизмов использовать углеводороды нефти и другие ксенобиотики в качестве источника питания.

ЕР PETROECUADOR в технологиях обработки биопрепаратами в качестве источников питательных веществ, использует минеральные удобрения карбамид и моноаммонийфосфат (MAP), однако использование минеральных удобрений зачастую вызывает вторичное загрязнение грунтовых и поверхностных вод. Одним из самых экологичных способов добавления питательных веществ в почву является компостирование, под которым понимается использование специальным образом переработанных органических остатков (растений) для биодеградации концентрированных углеводородных загрязнителей почв. При компостировании в органической массе повышается содержание доступных растениям элементов питания (азота, фосфора, калия и других), обезвреживается патогенная микрофлора, уменьшается количество пектиновых веществ вызывающих переход растворимых форм азота и фосфора почвы в менее усваиваемые растениями органические формы.

Цель и задачи работы. Разработка комплекса технологий по переработке нефтешламов и загрязненных почв с последующей биологической доочисткой до экологически безопасного уровня на примере месторождения AUCA - ЕР PETROECUADOR в Эквадоре.

Задачи, поставленные при выполнении диссертационной работы:

- изучение состава и свойств загрязненных нефтью объектов -шламов и почв;

- разработка и исследование эффективности биопрепарата, включающего местные натуральные растительные компоненты и выделенные аборигенные углеродокисляющие бактерий (АУОБ) из почв месторождения AUCA - ЕР PETROECUADOR;

- опытно-промышленные исследования технологии переработки плотных нефтяных шламов и нефтезагрязненной почвы;

- определение эффективности комплексной очистки нефтяных шламов и нефтезагрязнённых почв на территории месторождения AUCA - ЕР PETROECUADOR с использованием разработанных технологий.

Достоверность полученных результатов Подтверждена применением научно-обоснованных биологических и физико-химических методов экспериментальных исследований, внедрением разработанных технологий в Эквадорской государственной нефтяной компании ЕР PETROECUADOR. Результаты химических анализов были обработаны с использованием методов математического статистического анализа и современных компьютерных технологий.

Научная новизна работы. Впервые был проведен анализ и выделены из почв месторождения AUCA - ЕР PETROECUADOR аборигенные углеводородокисляющие бактерии (АУОБ), которые были использованы в качестве активного начала биопрепарата в виде накопительной культуры.

Результат исследования химической составляющей растений амазонских джунглей Эквадора позволил эффективно использовать гидролизат растений амазонская крапива (Urticaceae) и пуэрария (Pueraria phaseoloides) в качестве эффективного носителя и питания для АУОБ.

Разработана технология получения биопрепарата БИОЛ для очистки нефтезагрязнённых почв и нефтешламов. На состав и способ получения биопрепарата получено положительное решение на заявку патента.

Разработана комплексная технология обработки шламов и нефтезагрязнённых почв, состоящая в последовательной промывке отхода водой с добавкой специальных реагентов; гравитационной и флотационной сепарации нефти, и последующей обработки твердых остатков разработанным биопрепаратом БИОЛ до допустимых уровней токсичности.

Практическая значимость. Разработан новый биопрепарат, в составе которого использованы экологичные материалы: листья однолетних травянистых растений с высоким содержанием макроэлементов (азота, фосфора, кальция), а также с использованием аборигенных штаммов углеводородокисляющих бактерий. Достигнутая степень очистки почв от нефти в полевых испытаниях составила более (89-97%) за 4 месяца.

Подана заявка на получение патента на изобретение Российской Федерации №2014147121 от 25-11-2014 г. «Способ получения биопрепарата для восстановления водоёмов, загрязнённых нефтью или нефтепродуктами».

Разработана и внедрена установка по промывке плотных нефтяных шламов (УППНШ), принцип действия которой заключается в использовании метода реагентной флотации для отделения нефти от твердых частиц. Установка не имеет эксплуатационных ограничений по содержанию механических примесей и нефти в шламах или в загрязнённой почве.

Разработана и внедрена комплексная технология переработки нефтяных шламов и почв, включающая обработку на УППНШ с последующей обработкой биопрепаратом, что позволяет сократить сроки детоксикации.

Разработанная комплексная технология внедрена в Государственной эквадорской нефтяной компании EP PETROECUADOR при переработке нефтяных шламов и загрязнённых почв месторождения AUCA - ЕР PETROECUADOR.

Личный вклад диссертанта состоит в проведении экспериментальных исследований и опытно-промышленных испытаний, в получении биопрепарата основанного на изучении свойств эквадорских растений и АУОБ, в разработке установки по промывке плотных нефтяных шламов, во внедрении разработанных технологий в ЕР PETROECUADOR, в анализе полученных данных, а также в формулировке выводов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Первом Российском нефтяном конгрессе (Москва, 2011); конференции «Новые технологии в газовой промышленности» (Москва, 2013); III Международной конференции «Экологической безопасности в газовой промышленности» (Москва, 2013).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 научных работ, в том числе 4 статьи, 1 заявка на патент и 3 тезиса докладов.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, и изложена на 99 страницах, включает 22 таблицы, 16 рисунков. Библиография содержит 151 источник.

Диссертационная работа выполнена в рамках Госконтракта № 5.844.2014/К и Государственной нефтяной компании Эквадора ЕР PETROECUADOR.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены ее цели и задачи. Показано, что применение несовершенных технологий при добыче и транспортировке нефти, нанесло огромный ущерб окружающей среде амазонских джунглей Эквадора, сделано описание нефтешламовых амбаров, нефтешламов и загрязненного грунта. Рассматривается существующая в государственной нефтяной компании Эквадора ЕР PETROECUADOR, технология очистки почв и анализируется возможность использования процесса компостирования как источник питательных элементов при ремедиации нефтезагрязненных почв и шламов.

В первой главе проанализированы публикации, в которых раскрываются экологические проблемы нефтяных шламов и загрязненных почв в джунглях амазонского бассейна Эквадора, факты негативного экологического воздействия нефтяного загрязнения на этой территории. Рассмотрены результаты, достигнутые исследователями в процессах обезвреживания нефтешламов и загрязненных почв физико-химическими и биологическими методами. По результатам литературного обзора проанализированы достоинства и недостатки методов, поставлены задачи исследования.

В второй главе представлены характеристики объектов и методов исследования, изложенные в двух параграфах.

В первом параграфе приведены характеристики накопителей нефтеотходов месторождения AUCA - ЕР PETROECUADOR. В рамках диссертационной работы проведены исследования на четырёх шламонакопителях, три из них принадлежат компании ЕР PETROECUADOR, один - компании БАШНЕФТЬ Уфанефтехим, их характеристики приведены в таблице 1.

В втором параграфе приведены характеристики образцов нефтешламов и почв. Для определения целесообразности сепарации нефтяного компонента из образцов нефтешлама для дальнейшей утилизации и возможности применения биологических методов были определены фазовый состав и содержание нефтяного компонента. Именно избыточное содержание нефтепродуктов может повлиять на успешность биоремедиации. Результаты анализов, которые выполняли с использованием стандартных методик, приведены в таблице 2.

Таблица 1 - Характеристики амбаров для отбора образцов не( )тяных шламов

№ Нефтяная компания ЕР РЕТЯО-ЕСиАООЯ Башнефть-Уфанефтехим

Характеристики амбаров Кононако 12-1 Кононако 19-1 Аука 20-1 С2

1 Вид Открытый без изоляции

2 Состав Ловушечная нефть, водонефтяная эмульсия, донные шламы

3 Длина, м 30 25 16 592

4 Ширина, м 10 10 13 225

5 Глубина, м 3 2 2 4

6 Объем водной фазы, м3 315 125 208 465500

7 Объем органических отходов, м3 45 15 21 140

8 Объем ловушечной нефти, м3 270 20 5 107800

9 Объем твердых шламов, м3 1370 740 560 126700

Таблица 2 - Фазовый состав образцов нефтешламов компании Башнефть-Уфанефтехим

№ Название Условное обозначение Нефтепродукты, % масс Твердые примеси, % масс Вода, % масс

I 1-я карта нового буферного пруда Н1 13,6 16,2 70,2

2 2-я карта нового буферного пруда Н2 7,3 14,7 78,0

3 2-я карта старого буферного пруда С2 15,4 18,1 66,5

Результаты, приведенные в таблице 2 показывают что исследуемые образцы нельзя сразу подвергнуть биообратке, содержание нефтепродуктов составляет более 14%, что может значительно снизить эффективность биопрепаратов за счет токсического эффекта для бактерий. Доказана необходимость предварительной стадии сепарации нефти.

В третьей главе решается задача разработки препарата для биоокисления нефтяного компонента шламов, содержащего в своем составе питательные элементы в более доступной для бактерий форме, не приводящие

к вторичному загрязнению почв и вод. Были обоснованы критерии выбора наиболее перспективных штаммов бактерий, а именно: происхождение, высокая нефтеокисляющая активность, а также возможность штаммов дополнять друг друга по способности к биодеградации различных групп нефтяных углеводородов.

Глава состоит из семи параграфов. В первом параграфе описано исследование углеводородокисляющих бактерий по методу Коха высевом на плотную минеральную среду с нефтью. Выросшие колонии микроорганизмов подсчитывали на чашке с изолированными колониями не открывая чашек, отмечая каждую учтенную колонию точкой. Результат количественного подсчета колоний бактерий представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты подсчета углеводородокисляющих бактерий (УОБ) в шламах

месторождений ЕР PETROECUADOR

Количество УОБ в пробе нефтяных отходов разных территорий, КОЕ/мл

Аука 20-1 Кононако 12-1 Кононако 19-1

6,8-10J 5,3- 10J 3,5 - 103

Во втором параграфе описан используемый способ выделения чистых культур и идентификация углеводородокисляющих бактерий, проведенные на среде «rich». Состав среды «rich», г/л: пептон - 2, дрожжевой экстракт - 1, гидролизат казеина - 1, глюкоза - 1, глицерин - 10 мл/л, мел - 2, агар - 17, вода водопроводная или морская, рН 6,7-7,2. Идентификация 133 аборигенных УОБ была проведена по культуральным, морфологическим и физиолого-биохимическим признакам, штаммы пополнили коллекции компании ЕР PETROECUADOR.

В третьем параграфе описано исследование аборигенных штаммов, которые могут быть использованы для приготовления биопрепарата. Исследования на почвенных системах действия отдельных штаммов, и последующий газохроматографический анализ с предварительной экстракцией углеводородов хлороформом, позволили установить заметное различие между штаммами по степени утилизации углеводородов.

Бактериальные штаммы с высокой нефтеокисляющей активностью исследовали на устойчивость к таким факторам окружающей среды, как рН, соли, токсичные вещества, такие как фенол, формальдегид и др. Результаты исследований показали наибольшую устойчивость к угнетающим факторам и, в то же время, высокую активность в отношении УВН приведенных в таблице 4 пяти штаммов аборигенных бактерий.

Таблица 4 - Выделенные и идентифицированные бактериальные аборигенные штаммы в почвах нефтяных месторождений Эквадора

Номер штамма Название штамма Место выделения

10 В. cereus 1 Auca 13

11 В. gladioli Auca 7

14 В. mycoides Auca 20

24 В. thurigensis Yuca 5

62 В. cepacia Cononaco 12

В дальнейших исследованиях оптимизировали способ приготовления биопрепарата, названного БИОЛ. Процесс приготовления состоял в культивировании выбранных штаммов УОБ и органических удобрений, приготовленных из специально изученных растений методом компостирования. В качестве питательной добавки, обеспечивающей доступные формы азота и фосфора для приготовления БИОЛ использовали два растения амазонских джунглей: амазонскую крапиву Urtica dioica и пуерарию Pueraria phaseoloides. Выбор этих растений в качестве сырья для производства препарата, был связан с их быстрым распространением вблизи шламонакопителей, т.е. с их устойчивостью к нефтяному загрязнению, а также с химическим составом, богатым питательными веществами необходимыми для жизнедеятельности бактерий. В таблице 5 приведены исследованные свойства выбранных для оценки растений.

Таблица 5. - Список анализируемых растений для биопрепарата

Название растений Распространённ ость N, % Р, % Экспертная оценка

Uritica dioica высокая 29,20 4,70 7

Pueraria phaseloides высокая 11,80 39,00 8

Arachis pintoi низкая 19,31 0,21 3

Brachiara decumbens высокая 9,32 0,15 3

Stylosanlhes quianensis низкая 19.52 53,92 6

Brachiaria brizantha средняя 8,10 0,17 3

Desmodium heterophyllum средняя 19,84 0,23 4

Desmodium ovalifolium высокая 16,31 0,17 5

Свежесрезанные листья игйсасеае и Риегапа рЬавеЫёез измельчали и загружали в пластиковый биоферментатор, затем добавляли тростниковую или свекольную мелассу (патока), и воду, после чего смешивали и оставляли в биоферментаторе для протекания реакций. Биоферментатор герметично закрывали крышкой для предотвращения поступления воздуха и проводили процесс анаэробной ферментации смеси. Используемый биоферментатор имел клапан, подсоединенный к емкости с водой для выхода образующегося метана.

В полученный продукт анаэробной ферментации указанной смеси (ферментат) добавляли культурапьную жидкость и микробную массу в количестве 1% от общего объема. При этом добавление культуральной жидкости осуществляли при комнатной температуре за день перед внесением препарата в почву.

В пятом параграфе приведены результаты изучения процессов биоокисления нефтяного компонента шламов и почв с использованием разработанного биопрепарата на основе штаммов углеводородокисляющих бактерий и растений в качестве источника биогенных элементов. Эффективность растительных добавок оценивали сравнением с традиционно используемыми добавками минеральных удобрений.

Исследовали процесс очистки нефтезагрязненного грунта с начальной концентрацией углеводородов по показателю УВН 15996 мг/кг. Эффективность методов с использованием различных добавок в процесс очистки оценивали по результатам измерения начальной и конечной концентрации УВН. На рисунках 1 - 3 представлены результаты исследований.

В результате эксперимента было показано, что образцы почвы без внесения дополнительных препаратов, тем не менее, содержат некоторое количество аборигенных бактерий, которые обеспечили снижение содержания нефти в почве на 5%.

Внесение минеральных удобрений для подкормки аборигеных бактерий привело к значительному снижению содержания нефти на 35% от первоначального. Однако увеличение доз минеральных удобрений заметного влияния на эффективность очистки не оказало.

Использование биопрепаратов в совокупности с минеральными удобрениями приводит к дополнительному эффекту, достигается снижение содержания нефтепродуктов от первоначального на 58%. Наилучшие результаты по очистке почв (с эффективностью 96%) были получены при использовании препарата БИОЛ. При сравнении с традиционно используемым методом внесения минеральных удобрений эффективность очистки увеличилась на 35%.

Рисунок 1. - Средняя остаточная концентрация углеводородов в почве УВН для разных условий обработки

Рисунок 2 - Эффективность очистки почв препаратами с внесением минеральных и растительных удобрений

Рисунок 3 - Результаты снижения концентрации углеводородов в почве по

показателю УВН

Степень усвоения биогенных элементов бактериями косвенно свидетельствует об их активности. На рисунке 4 представлено конечное содержание и соотношение С:Ы в почве после процесса биоремедиации. Можно отметить, что азот усваивается бактериями лучше при внесении биопрепарата БИОЛ по сравнению с минеральными удобрениями.

Рисунок 4 - Конечное соотношение С : N в почве в результате эксперимента

В опытах по обработке нефтезагрязненных почв контролировали также прирост биомассы, который может служить косвенной характеристикой оптимальных условий обработки (рисунок 5, таблица 6).

1.00Е+00

§

о. 1.00Е-01

1

| 1.00Е-02

2 1.00Е-03 1.00Е-04 1.00Е-05 1.00Е-06 1.00Е-07 1,00Е-08 1.00Е-09

[Ш1ЖТП|

■

т

Почва: БИОЛ 3

Мин. удобрения 2

Рисунок 5 - Прирост количества бактерий в результате эксперимента

Таблица 6 - Подсчет колоний гетеротрофных микроорганизмов в опытах обработки нефтезагрязненной почвы

Численность единиц формирующих колонии (Number of colony-forming units) (UFC g"1) Начальное содержание Почва: БИОЛ 96:4 Мин. удобрения 2

Бактерии 3 х 105 22 х 10' 2 х 106

Грибы 4х 104 2x10' 12 х 10"

Устойчивый и доминирующий мицелий грибов в почве могут образовывать только ксилотрофные грубы, а также некоторые почвенные базидиомицеты. Внеклеточная неспецифическая окислительная ферментная система, продуцируемая этими грибами, позволяет им минерализовать даже комплексные смеси поллютантов до С02 и Н20. Следует отметить, что прирост грибов показывает эффективность процесса ремедиации в проведенных экспериментах

3.00Е+05

2.50Е+05 ---------

2.00Е+05 1.50Е+05 1.00Е+05 5.00Е+04 0.00Е+00

Почва: БИОЛ 3 Мин. удобрения 2

Рисунок 6 - Прирост количества грибов в результате эксперимента

Наблюдаемая разница в росте гетеротрофных микроорганизмов при применении БИОЛ и минеральных удобрений объясняется тем, что БИОЛ как органическое удобрение содержит питательные вещества в биодоступной форме.

В шестом параграфе содержатся сведения об исследовании эффективности препарата БИОЛ для очистки нефтешламов.

Для исследования эффективности биопрепарата был поставлен лабораторный опыт, в котором обезвреживали нефтяной шлам с концентрацией углеводородов по показателю УВН 367875 мг/кг. Рекомендованные институтом

Геоэкологии РАН для России в нефтедобывающих районах безопасные уровни загрязнения грунтов нефтепродуктами в мерзлотно-тундровых и таежных районах до 1 ООО мг/кг, в таежно-лесных - до 5000 мг/кг, лесостепных и степных районах - до 10000 мг/кг. Пробы шлама были отобраны из шламонакопителя С2 компании Башнефть-Уфанефтехим.

В ходе эксперимента было использованы стеклянные ёмкости, в которые были помещены по 200 г шламов, и по 100 г смеси почвы и торфа. В качестве контроля оставляли образец без добавок биопрепарата. В другие образцы добавляли по 25 мл биопрепарата БИОЛ, и поддерживали уровень влажности 80%. Были определены начальная и конечная концентрация УВН для каждой партии по стандартной методике с использованием ИК спектроскопии. В таблице 7 приводятся результаты измерений УВН.

Таблица 7 - Результаты измерения общего УВН методом ИК спектрометрии

№ опыта Состав модельного образца, г (шлам: почв а: торф) Доза биопрепара та, мл Содержание УВН, г/кг Эффективно сть очистки,% Среднее значение эффективное ти, %

до обработ ки после обработ ки

1 200 : 100 : 100 75 368 145 60,6 62,2

2 114 69,0

3 158 57,1

Контро ль 0 313 14,9 -

Результаты исследования очистки нефтешламов компании Башнефть-Уфанефтехим биопрепаратом БИОЛ при начальная концентрации УВН 36,8% масс показали, что это значительно превышает концентрацию нефтепродуктов в образцах шламов месторождения Аука. Полученные данные свидетельствуют о том, что даже разбавление шламов торфом и почвой не дает хорошего эффекта обезвреживания. После обработки в опытном варианте в образце с БИОЛ остаточное содержание составило 9,9 ± 3,4% УВН и 4,0 ± 3,8% окисленных форм УВН (ОУВН), в контроле конечное содержание составило 13,6% масс УВН + 17,7% масс ОУВН, суммарное количество УВН составило 13,9 ± 2% в опыте с БИОЛ и 31,3% в контроле.

Рисунок 7 - Конечная концентрация УВН и полярных углеводородов (ПУВ) в

контроле и в опытах

Рисунок 8 - Вид шлама до и после опыта

В четвертой главе приведены данные опытно - промышленных испытаний. Для проверки эффективности технологии биоремедиации нефтезагрязненных грунтов и нефтешламов с помощью препарата БИОЛ были заложены полевые эксперименты на полигонах биоремедиации ЕР РЕТЯОЕСиАООЯ.

Технология применения биопрепарата БИОЛ была успешно внедрена в ЕР РЕТКОЕСиАООЯ. На рисунке 9 приведены результаты применения технологии, приведены данные по снижению концентрации основных загрязняющих веществ на 2-х полигонах Кононако 20 и 26, которые изучали в эксперименте по биоремедиации.

Месяцы Бурты

Рисунок 9 - Динамика снижения суммарной концентрации УВН в грунтах на полигоне Кононако 20 и Кононако 26 (В)

Среди основных загрязнителей в этих грунтах обнаружены углеводороды нефти, суммарное содержание которых в разных буртах полигонов Кононако 20 и 26 было в пределах 2688-5735 и 4574-7173 мг/кг. Результаты наблюдений за снижением суммарного содержания УВН в грунте разных буртов на полигонах, представленные на рисунке 9 показали, что через 4,5 мес. содержание нефти на полигоне Кононако 20 снизилось на 89-95%, а на полигоне Кононако 26 - на 92-97%.

Таблица 9 - Данные по применению препарата БИОЛ для ликвидации нефтешламовых амбаров и разливов нефти на территории AUCA - ЕР PETROECUADOR

Источники Общее количество объектов Подвергли биоремедиации по разработанной технологии

загрязнения количество объектов суммарный объем, тыс. м3 количество объектов суммарный объем, тыс. м3

Нефте шламовые амбары 253 113,6 116 18.4

Нефтеразливы 242 4

В пятой главе решается задача разработки комплекса технологий переработки нефтешламов и почв.

Анализ применяемых технологий переработки нефтешламов и нефтезагрязненных почв показал, что наиболее эффективные способы переработки - это комбинированные методы. Как было показано, биологические методы имеют ограничения по содержанию токсичных примесей, загрязнение которыми может быть летальным для бактерий. Была доказана необходимость проводить оценку применимости различных способов сепарации нефтяной фазы - за счет гравитации, флотации и поверхностно-активных веществ, обладающих моющими свойствами в отношении нефтепродуктов.

На первом этапе исследовали эффективность ПАВ и оптимальные концентрации для получения наибольшего эффекта отделения УВН от твердой фазы шламов или почв. Исследовали эффективность использования неионогенного, анионоактивного и катионоактивного ПАВ, различными модификациями полиакриламида (ПАА) В1иР1ос, представленными на рынке Эквадора.

Нефтяной шлам интенсивно перемешивали с водным раствором ПАВ в объемном соотношении 1:1 и наблюдали в условиях покоя расслаивание дисперсии в мерном цилиндре. Объем выделившейся в свободную фазу нефти отделяли количественно. Рассчитанные значения эффективности отделения нефтяной фазы от шлама, первоначально содержащего 15,4 % масс УВН с использованием ПАВ различной природы, приведены в таблице 10.

Таблица 10 - Оптимизация добавок ПАВ

№ ПАВ Концентрация, % масс Эффективность сепарации, %

1 BluFloc 850 (ПАА водорастворимый, неионогенный) 1 50

2 5 58

3 10 60

4 15 62

5 BluFloc С9010 (ПАА водорастворимый, кэтионоактивный) 1 60

6 5 79

7 10 72

8 15 75

9 BluFloc НАА5412 (ПАА водорастворимый, анионоактивный) 1 30

10 5 42

11 10 56

12 15 58

Максимальная степень сепарации 79% была получена при использовании катионоактивного ПАВ при добавках 5% масс.

Полученная степень сепарации не достаточна для применения метода биологического окисления нефтешламов, поэтому при проведении опытно промышленных испытаний использовали эффект флотации, создаваемый пузырьками воздуха, нагнетаемыми компрессором. Была разработана опытно-промышленная установка, схема которой приведена на рисунке 10.

С<К'ТДИЛЯ«:ЦН!.

Рисунок 10 - Принципиальная схема установки сепарации нефтешламов и нефтезагрязненных почв (УППНШ)

Установка проходила опытно-промышленные испытания на месторождении Аука, Эквадор. В опытно-промышленных испытаниях в зоне промывки установки использовали рабочий раствор (5%-й раствор ПАА), при этом соотношение нефтешлам : рабочий раствор составляло 1:1% об. Сжатый воздух нагнетался с помощью компрессоров и распределялся по зоне промывки с помощью четырех пневматических распределителей и восьми роторов. В этой зоне установки создавали условия одновременно активного перемешивания шлама с раствором реагента и осаждения твердых примесей отделенных от нефтепродукта.

Опытно-промышленные испытания установки осуществляли для нефтешламов из амбаров 88РО-Ы8-А-1 и Аи8иг-АР1-1 (ЕР РЕТЯОЕСиАООК) с начальным содержанием УВН 16,7% и 22,4%, соответственно. Эффективность обработки контролировали по остаточному содержанию нефтепродуктов в твердой фазе отмытого шлама. В результате опытно-промышленных испытаний были получены данные, приведенные в таблице 11.

Таблица 11 - Результаты опытно-промышленных испытаний процесса промывки нефтешламов на УППНШ

Шламовый амбар Обработанный объем, м3 Объем нефтяной фазы, м3 Конечное содержание УВН, % масс Степень удаления, %

Аи-8иг-АР1-1 2410 850 4,9 71

ВЗРО^-А-! 1270 380 4,8 78

Нефтяная фаза с опытной установки поступала на обработку на центрифугах и возвращалась в потоки товарной нефти. Твердая фаза, содержащая не более 5% нефтепродуктов поступала на полигоны биологической очистки, где обрабатывалась препаратом БИОЛ. На всех стадиях осуществляли контроль содержания нефтепродуктов.

Опытно-промышленные испытания подтвердили необходимость стадии предварительной подготовки нефтешлама или загрязнённого грунта (почвы), которая бы обеспечивала отделение основной массы нефтепродуктов до уровней допустимых для биологической очистки. При использовании опытно-промышленной установки в качестве стадии подготовки, эффективность отмыва нефтепродуктов от нефтешлама составляла более 70% объема. Конечное содержание нефтепродуктов (в твердой фазе более 4%) не позволяет разместить переработанный отход в окружающей среде. Дальнейшее снижение содержания нефтепродуктов до допустимых уровней - менее 1000 мг/кг можно достичь обработкой шлама биопрепаратами на специальных полигонах.

Во втором параграфе приведены результаты внедрения технологического комплекса по обработке нефтешламов. В основе технологического комплекса поэтапная обработка нефтешлама или загрязненной почвы на установке УППНШ, а затем обработка препаратом БИОЛ на специальных полигонах (рисунок 11).

Мобильность установки УППНШ, простота технологического оборудования, отсутствии сложной техники позволило использовать установку в непосредственной близости от шламовых амбаров, и эффективно утилизировать донные нефтешламы после освобождения шламонакопителя от верхнего нефтеэмульсионного слоя.

Оптимизированная стадия биообработки на полигонах с использованием биопрепарата БИОЛ на основе доступного и экологически чистого сырья, а также аборигенных культур микроорганизмов, позволяет получить сравнительно дешевый, экологический и эффективный способ для обработки нефтезагрязнённой почвы и нефтяных шламов.

Рисунок 11 - Технологический комплекс по обезвреживанию нефтешламов и нефтезагрязненных грунтов

Разработанный технологический комплекс для переработки нефтешламов и нефтезагрязненных почв был внедрен на месторождении Auca-ЕР PETROECUADOR. В результате эксплуатации этого технологического комплекса в группе месторождений Auca - ЕР PETROECUADOR, в периоде 2009 - 2012 гг. было обезврежено 16450 м3 донных нефтяных шламов и нефтезагрязнённой почвы, было ликвидировано 34 шламонакопителя, рекультивированная площадь составила 8666 м2, что доказывает эффективность исследуемой комплексной технологии по переработке нефтяных шламов и нефтезагрязнённой почвы.

ВЫВОДЫ

1. В результате исследования аборигенной микрофлоры почв месторождения AUCA - ЕР PETROECUADOR (Эквадор) был выделен консорциум микроорганизмов с наибольшей редуцирующей способностью по отношению к нефти.

2. Было доказано, что добавки питательных веществ (азот и фосфор, полученные компостированием растений Urticadioica и Pueria phaseloides, позволяют увеличить эффективность биопрепарата, по сравнению с минеральными добавками, в 2-3 раза.

3. В полевых условиях показано, что разработанный препарат БИОЛ в процессах биообработки нефтезагрязненных почв на месторождениях Эквадора уменьшает загрязнение до уровней содержания нефти ниже разрешенных (УВН менее 1000 мг/кг) в короткие сроки (4,5 месяца) без применения минеральных удобрений.

4. Разработан и внедрен в производство технологический комплекс переработки нефтешламов и нефтезагрязненных почв, включающий их разделение на твёрдую, жидкую и нефтяную фазы и биологическую доочистку твёрдой фазой с применением разработанного биопрепарата БИОЛ до установленных норм.

5. Практическое внедрение технологического комплекса позволило обезвредить 2,1 тыс. м3 нефтезагрязненных грунтов. Очищенная почва была использована для засыпки ликвидированных амбаров и посадки некоторых сортов деревьев, а также травяных культур, при этом была проведена как биоремедиация нефтезагрязненного грунта, так и рекультивация загрязненных участков.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Мазлова Е.А., Меньшикова И.А., Анурина Ю.А., Херрера Л. Решение проблемы обезвреживания нефтешламовых отходов. - 2011// Российский нефтяной конгресс. №1. - С. 237-239.

Херрера Л.А. Применение биологического препарата в обезвреживании загрязненных нефтью грунтов // Юбилейная десятая всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» Тез. докл. Москва 8-11 октября 2013 г. Секция 10, -С. 38

Херрера Л.А. Мазлова Е.А. Разработка опытной установки по промывке плотных нефтяных шламов // III Международная конференция и выставка «Экологическая безопасность в газовой промышленности» Тез. докл. Москва 11-13 декабря 2013 г. - С. 76-77.

Мазлова Е.А., Херрера Л.А. Разработка биологического препарата для обезвреживания нефтезагрязненных земель в группе Аука (Эквадор) // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2014. №2. - С. 15-317.

Мазлова Е.А., Херрера Л.А. Обезвреживание нефтезагрязненных почв с применением биологического препарата БИОЛ в группе месторождений Аука// Технологии нефти и газа,- 2014 №9 (94).- С. 49-53.

Мазлова Е.А., Херрера Л.А. Еремина Н.В., Применение биопрепарата БИОЛ в биоремедиации нефтезагрязненных почв и шламов // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе.- 2014 №5.- С. 28-33.

Еремина Н.В., Мазлова Е.А., Херрера Л.А., Исследование проблемы загрязнения сточных вод нефтеперерабатывающих заводов цианидами // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе,- 2014 №5,- С. 33 - 35.

Херрера Л.А., Васильева Г.К., Применение технологии биоремедиации на основе биопрепарата БИОЛ для рекультивации нефтезагрязненных почв и нефтешламов с целью снижения рисков загрязнения окружающей среды в бассейне реки Амазонки. // Научно-практический журнал Проблемы Анализа Риска .-2014 №5.-том 11 - С. 18-26.

Херрера Л.А., Васильева Г.К., Применение технологии биоремедиации на основе биопрепарата БИОЛ для рекультивации нефтезагрязненных почв и нефтешламов в бассейне реки Амазонки. // Девятнадцатая школа экология и почвы «Почвоведение и смежные науки: Результаты и проблемы взаимодействия по вопросам экологии» Тез. докл. Пущино, 14 - 16 октября 2014 г.-С. 43.

Херрера Л.А., Мазлова Е.А., Биопрепарат для очистки почвы и шламов от нефти и нефтепродуктов. // Заявление о выдаче патента Российской Федерации на изобретение, 25-11-2014 . - Регистрационный номер № 2014147121.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность и признательность Господу Богу Иисусу Христу за жизнь и возможность учиться, моей семье, моей жене, моим родителям за постоянную поддержку, д.х.н. проф. Мазловой Е.А., за всестороннюю помощь и ценное руководство; д.т.н., проф. Мещерякова C.B., к.т.н. Сидоренко Д.О., к.б.н. Васильеву Г.К., инж. Мидерос X., к.т.н. Ларреа М., инж. Капьвопиньа М., инж. Кинатоа Л., техн. Монтальван Н. за помощь в осуществлении данного проекта.

Подписано в печать:

21.09.2015

Заказ № 10899 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

15-11485

2015670589

2015670589