Глава 3. Интенсивная биотермическая обработка шламовых отходов нефтяного комплекса

 

Деятельность предприятий нефтяного комплекса приводит к образованию объемов шламовых отходов: шламов чистки резервуарных парков и оборудования, осадков и избыточных активных илов сооружений биологической очистки сточных вод, шламов химводоочистки теплоэлектроцентрали нефтеперерабатывающего завода (ТЭЦ НПЗ) и др.

В крупных градопромышленных агломерациях на долю нефтешламов приходится до 30 — 40% совокупного объема продуцируемых отходов. Большое количество шламов размещено в накопителях нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, в результате из использования выводятся сотни гектаров полезной территории.

В табл. 1 представлены ориентировочные годовые объемы некоторых видов шламовых отходов, образующихся на НПЗ мощностью до 10 млн. т/год по сырой нефти.

 

 

Нефтешламовые отходы представляют собой сырье, пригодное к использованию в качестве грунтоподобных материалов экранирования полигонов, рекультивации несанкционированных свалок, заполнения выемок отработанных карьеров. Однако перед утилизацией они должны подвергаться обработке в целях снижения токсичности путем разложения углеводородов.

Перспективным способом разложения токсичных нефтепродуктов в шламовых отходах является биотермическое компостирование.

Сотрудники Самарского государственного технического университета разработали технологии интенсивного биотермического компостирования нефтешламовых отходов для их последующей утилизации в качестве рекультивационных материалов

При разработке технологии решались следующие задачи:

• интенсификация аэробной биодеструкции углеводородов в шламовых отходах, имеющих неблагоприятный для компостной микрофлоры химический состав;

• исследование возможности применения для биообработки углеводородсодержащих шламов добавок на основе отходов вспомогательных производств нефтетехнологического комплекса взамен природных материалов;

• функционально-компоновочное и конструктивно-технологическое оформление сооружений интенсивной биодеструкции нефтешламов.

Биотермическая обработка шламовых отходов осуществляется с использованием порообразующих и инокулирующих добавок на основе природных материалов: перлита, торфа, лигнина, древесных отходов, отходов агропромышленного комплекса и др. [1].

Добавки создают в нефтешламовой смеси условия, благоприятные для жизнедеятельности аэробной компостной микрофлоры. Некоторые добавки, такие, как лигнин и доломитовая мука, выполняют функции нейтрализаторов, корректируя реакцию среды. Массовые соотношения шламовых отходов и добавок лежат в пределах от 1:0,5 до 1:2. Большие объемы добавок на основе природного сырья, удаленность источников их образования от нефтеперерабатывающих предприятий и соответственно высокая стоимость транспортировки сдерживают массовое применение технологий компостирования шламов.

С целью снижения затрат предлагается заменять природные добавки материалами на основе шламовых отходов нефтяного комплекса: осадками и активными илами сооружений очистки нефтесодержащих стоков, шламами водоподготовки, золошлаками ТЭЦ НПЗ и др. Такие отходы имеют ресурсное, технологическое и генетическое сродство с обрабатываемыми нефтешламами и позволяют реализовать принцип "обработки подобного подобным [2].

В табл. 2 приведен состав некоторых отходов нефтяного комплекса, пригодных для производства рекультивационных материалов, а также инокулирующих и порообразующих добавок компостирования нефтешламов.

Перед биотермическим компостированием нефтешламов проводится их декантация с отделением водной фазы и свободных углеводородов. Затем нефтешламы транспортируются на специализированные сооружения биообработки. Здесь их смешивают с порообразующими и инокулирующими добавками. Исходная смесь формируется в виде пласта или штабеля и подвергается аэрации в естественных (периодическое перемешивание) или искусственных (продувка) условиях.

Жизнедеятельность аэробной нефтеразрушающей микрофлоры приводит к биохимическому распаду углеводородов с выделением теплоты (явление термогенеза). При этом общая продолжительность разложения основной массы углеводородов в шламовых отходах в классических схемах составляет от 6 месяцев до 2 лет в зависимости от природных условий и способов интенсификации. Процесс компостирования нефтешламов описывается температурно-временной характеристикой [1, 3].

Компостирование нефтешламов по классической схеме сопровождается последовательной сменой температурных фаз.

Фаза нарастания температур является лимитирующей. Чем быстрее процесс выйдет на термофильный режим в диапазоне температур от 50 до 70°С, тем быстрее произойдет биоразложение основной массы нефтепродуктов в шламах.

Накопленный авторами опыт показывает, что в компостируемых нефтеотходах процесс выхода на термофильную стадию длителен, иногда продолжается до полугода. Это связано с биоингибированием природной компостной микрофлоры токсичными углеводородами шламов. Например, биоразложение нефтепродуктов, осуществлявшееся по классической схеме без интенсификации, протекает не менее года.

Для интенсификации процесса в условиях жесткого метаболизма рекомендуется проводить инокуляцию или вводить в шламовую смесь стартовые дозы микроорганизмов, адаптированных к разложению нефтепродуктов. В качестве аборигенной микрофлоры-инокулятора предложено использовать осадки первичных отстойников и избыточный активный ил сооружений биологической очистки сточных вод НПЗ. При этом в компостируемый материал вносится дополнительный субстрат, содержащий доступные формы биогенных элементов.

 

Рис. 2

Низкие значения рН = 5 -5 -6, например, в шламах первичной переработки высокосернистой нефти также препятствуют протеканию термогенеза. Это вызвано подавлением активации компостной микрофлоры с цистированием части микробных клеток и невозможностью их выхода из спорового состояния. Со временем микрофлора адаптируется к низким значениям рН. Однако время адаптации составляет не менее 2 — 3 мес, а в холодное время года — и до полугода, что, естественно, приводит к увеличению общей продолжительности обработки, размеров земельных площадей, отторгаемых под компостирование, и капитальных затрат на сооружения.

 

Рис. 3

Для ускорения обработки кислых шламов авторами предложено использовать добавки на основе щелочных шламов химводоочистки и шлаков ТЭЦ НПЗ, пригодных в качестве корректоров реакции среды (Пат. 2250146 РФ).

Один из способов интенсификации биотермической обработки — управление аэрацией, размерами и формой штабелей компоста в зависимости от стадийности процесса. Например, на фазе роста температур с одновременной инокуляцией смеси стартовыми дозами адаптированной микрофлоры аэрация должна осуществляться в непрерывном режиме, а толщина слоя компоста, подвергаемого продувке, должна быть не более 1,5 — 2 м.

После подъема температуры выше 50°С смесь из инокулируемых штабелей перемещают в высоконагружаемый кавальер высотой до 6 — 8 м, а аэрацию проводят периодически, контролируя динамику термогенеза и степень распада углеводородов. На этой фазе можно использовать компостируемый материал для производства экранов биологической рекультивации полигонов.

С выходом компостируемой смеси на стадию медленного падения температуры полученный компост переносят в бурт дозревания и гуммификации.

Полученный рекультивационный материал можно использовать для заполнения отработанных карьеров, в планировочных работах, а также для технического экранирования заполненных накопителей промышленных отходов на стадии их ликвидации или консервации.

Температурно-временная характеристика компостирования нефтешламов с использованием интенсивных технологий представлена на рис. 3. Благодаря внесению инокулирующих и нейтрализующих добавок продолжительность процесса по сравнению с классической схемой оказалась почти в 2 раза меньше и составила 202 сут. вместо одного года (см. рис. 2). Ускорению процесса также способствовало выделение функциональных зон в общей технологической цепочке компостирования нефтешламов (зоны инокуляции, высоких температур, дозревания и гумификации) и дифференцированное управление аэрацией в каждой из них в соответствии с динамикой термогенеза.

Выделение при компостировании дифференцированных температурных зон и интенсивное управление процессом в каждой из этих зон стало основой для конструктивно-технологического и функционально-компоновочного оформления сооружений по биодеструкции нефтепродуктов в нефтесодержащих шламах. На рис. 4 представлен комплекс по биодеструкции нефтешламовых отходов, разработанный авторами и успешно внедренный на одном из предприятий Самарской области.

Производительность комплекса составляет 10 тыс. т шламов в год, в том числе: нефтешламов и замазученных грунтов — 5 тыс. т; шламов и избыточных активных илов канализационно-очистных сооружений НПЗ — Зтыс.т; по шламам химводоочистки ТЭЦ НПЗ — 2 тыс. т.

 

Рис. 4. Комплекс по биодеструкции нефтешламовых отходов

 

После обработки на комплексе шламы с остаточной концентрацией углеводородов 0,5 — 1,0% по массе были использованы в качестве грунтоподобных материалов при рекультивации ряда объектов размещения бытовых и промышленных отходов Самарской области.

Внедрение комплексов биодеструкции шламов на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях позволяет сократить площадь земель, отторгаемых под размещение шламов, в десятки раз и снизить нагрузку на все компоненты окружающей природной среды.

биотехнология экологический очистка нефть

 

Литература

1. Экологическая биотехнология / Пер. с англ. под ред. К.Ф. Форстера, Д.А.Дж. Вейза. Л.: Химия, 1990.

2. Одум Ю. Экология / Пер. с англ. под ред. В.Е. Соколова: В 2-х т. М: Мир, 1986.

3. Чертес, К.Л., Туровский, И.С. Технология компостирования осадков сточных вод. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1991.