Совершенствование оценки класса опастности нефтесодержащих отхотов и способа их обезвреживания

ГОУВПО «Самарский государственный технический университет»

Ь^^^ш^^^кописи

Сухоносова Анна Николаевна

04201002156

Совершенствование оценки класса опасности нефтесо- держащих отходов и способа их обезвреживания

Специальность 03.00.16 - «Экология»

Научный руководитель д.т.н., профессор Быков Д.Е.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара - 2009

Введение              4

1. Нефтесодержащие отходы и технологии их обезвреживания             

7

1.1.        Источники возникновения нефтесодержащих отходов и их воз­действие на окружающую природную среду              7

1.2.        Методы оценки негативного воздействия нефтесодержащих отхо­дов на окружающую природную среду              ^                            11

1.3.        Виды и свойства нефтесодержащих отходов              16

1.4.        Технологии обезвреживания нефтесодержащих отходов              20

2. Экспериментальная часть. Объекты и методы исследований              29

2.1.         Прогнозирование состава нефтесодержащих отходов              29

2.2.         Обследование шламонакопителей и амбаров              33

2.3.         Химический анализ проб нефтесодержащих отходов и биотести­рование              35

2.4.         Методика проведения полевых исследований              39

3.        Изучение зависимости класса опасности нефтесодержащих отходов

для окружающей природной среды от их состава              43

3.1.         Изучение состава нефтесодержащих отходов, содержащихся в на­копителях предприятий нефтегазового комплекса              43

3.2.         Определение класса опасности нефтесодержащих отходов различ­ного состава расчетным и экспериментальным методами и сопос­тавление результатов                            47

3.3.         Совершенствование методики расчета класса опасности нефтесо­держащих отходов                            55

4.        Разработка технологии обезвреживания нефтесодержащих отходов ... 60

4.1 Усовершенствование технологии переработки нефтесодержащих.

отходов в полевых условиях и очистки почв от нефтяного загряз­нения                             60

4.2. Изучение состава и свойств обезвреженных нефтесодержащих от­ходов, определение их класса опасности для окружающей при­родной среды и путей дальнейшего использования                            77

4.3. Оценка экономической эффективности усовершенствованного

способа обезвреживания нефтесодержащих отходов                            80

Выводы                            84

Литература                            85

Приложение № 1. Первичные показатели опасности компонентов

нефтесодержащих отходов                             97

Приложение № 2. Акт внедрения                            103

Приложение № 3. Акт внедрения                            104

Введение

Человечество потребляет огромное количество полезных ископаемых, особое место среди них принадлежит нефти. Из трехсот млн. т добываемой в России нефти, ежегодно при добыче, транспортировке и хранении теряется ориентировочно 1,5 %, т. е. по самым минимальным оценкам около 4,5 млн.т в год [1]. Больше половины этого количества в виде отходов оказывается в окружающей среде на загрязненных территориях и полигонах.

Нефтесодержащие отходы образуются на всех этапах добычи и перера­ботки нефти, что обусловлено как несовершенством техники и технологии, так и человеческим фактором. С большой степенью достоверности можно сказать, что нефтешламы и замазученные грунты являются наиболее крупно­тоннажными промышленными отходами [2].

Независимо от источника образования, данные отходы оказывают не­гативное воздействие на окружающую природную среду. Повышение эффек­тивности обращения с нефтесодержащими отходами требует совершенство­вания методик определения их класса опасности — основного показателя, по­зволяющего оценивать негативное воздействие на окружающую природную среду. Отнесение отходов к классу опасности для ОПС может осуществлять­ся по расчетной или экспериментальной методике [3]. Практика показала, что очень часто классы опасности нефтесодержащих отходов, определенные раз­ными методами, не совпадают. Причем расчетная оценка занижает результат по сравнению с биотестированием [4]. Учитывая, что для определения класса опасности отходов чаще применяется именно расчетная методика, это при­водит как к недооценке вредного воздействия отходов, так и к занижению экологических платежей. Очевидно, что необходимо усовершенствовать су­ществующую расчетную методику оценки класса опасности для нефтесодер­жащих отходов с целью достоверного определения этого показателя, отве­чающего результатам биотестирования.

Для снижения класса опасности нефтесодержащих отходов все более широкое применение в нашей стране и за рубежом находят биологические методы переработки, как одни из самых экологически эффективных [5, 6].

Биологические методы являются наиболее экологически приемлемыми, но специфика их применения определяется конкретными условиями: диапа­зоном активности биопрепаратов, температурой, кислотностью, толщиной нефтяного загрязнения, аэробными условиями [7, 8]. Далеко не всегда про­дукты переработки нефтесодержащих отходов находят квалифицированное использование. Поэтому актуальным является усовершенствование способа переработки нефтесодержащих отходов в части осуществления эколого- аналитического контроля снижения класса опасности утилизируемых отхо­дов и получения рекультивационных материалов с высокими потребитель­скими свойствами.

Работа выполнена в рамках научных исследований по разработке тех­нологий переработки многокомпонентных техногенных образований, прово­димых по заданию Федерального агентства по образованию в 2005 - 2009 гг.

Целью настоящей работы является совершенствование методики оцен­ки класса опасности нефтесодержащих отходов и способа их обезврежива­ния.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следую­щие задачи:

-    спрогнозировать перечень компонентов нефтесодержащих отходов, значимых для расчетной оценки класса опасности для ОПС; провести экспе­риментальное изучение химического состава, определение класса опасности и биотестирование этих отходов;

-    выявить виды нефтесодержащих отходов, для которых существуют противоречия расчетных и экспериментальных результатов определения класса опасности, и усовершенствовать существующую методику оценки класса опасности для достижения совпадения этих результатов;

-    усовершенствовать технологию биологического обезвреживания нефтесодержащих отходов, обеспечивающую получение почвогрунта с низ­кой концентрацией углеводородов и высоким содержанием гумуса."

Научная новизна.

1. Определен качественный и количественный состав нефтесодержа­щих отходов различных типов, содержащихся в накопителях Самарской об­ласти. Выявлены противоречия в значениях классов опасности этих отходов, рассчитанных по действующей методике и определенных экспериментально путем биотестирования.

2.      Предложено уравнение для расчетной оценки класса опасности, обеспечивающее совпадение расчетных и экспериментальных результатов биотестирования для всех видов нефтесодержащих отходов до и после био­логической переработки.

3.    Показано, что определяющей величиной для класса опасности неф­тесодержащих отходов является содержание дизельной фракции. Определе­ны концентрационные диапазоны, соответствующие отнесению отходов к третьему или четвертому классу опасности. К пятому классу опасности отхо­ды, содержащие дизельную фракцию, отнесены быть не могут.

4.      Экспериментально обосновано использование известковой муки в сочетании с разрыхлителем и органикой для удержания гумуса в почвогрун- те, получаемого в ходе компостной переработки нефтесодержащих отходов.

Практическая значимость.

1.     Усовершенствована методика расчетной оценки класса опасности, позволяющая достоверно проводить эколого-технологический контроль его снижения в ходе переработки нефтесодержащих отходов, осуществлять их нормирование и паспортизацию.

2.    Усовершенствован промышленный способ переработки крупнотон­нажных отходов, позволяющий получать почвогрунт с повышенным содер­жанием гумуса, имеющий широкое направление использования в рекульти­вации нарушенных земель.

3.     Результаты настоящей работы используются в учебном процессе СамГТУ студентами специальности «Охрана окружающей среды и рацио­нальное использование природных ресурсов» и слушателями факультета по­вышения квалификации.

1. Нефтесодержащие отходы и технологии их обезвреживания

1.1. Источники возникновения нефтесодержащих отходов и их воздей­ствие на окружающую природную среду.

Нефтесодержащие отходы образуются на всех этапах жизненного цик­ла углеводородных топлив: бурение скважин, добыча, подготовка, транспор­тировка и переработка нефти и газа, использование нефтепродуктов. Это обусловлено как несовершенством техники, технологии, так и человеческим фактором [9].

Значительные количества нефтесодержащих отходов формируются при зачистке резервуарных парков ТЭЦ, аэропортов, железнодорожных дистан­ций, металлургических комбинатов. Пропарочные станции железнодорож­ных цистерн и очистные сооружения также являются источниками крупно­тоннажных углеводородсодержащих шламов различного фазового и химиче­ского состава [10]. С большой степенью достоверности можно сказать, что нефтешламы являются наиболее крупнотоннажными гетерофазными про­мышленными отходами [2].

Из 300 млн. т нефти, добываемой в России, ежегодно при добыче, транспортировке и хранении теряется ориентировочно 1,5 %, т. е. по самым минимальным оценкам около 4,5 млн.т в год [1]. Больше половины этого ко­личества в виде отходов оказывается в окружающей среде на загрязненных территориях и полигонах.

На предприятия по переработке нефть подается трубопроводным, вод­ным (танкеры, баржи) и железнодорожным (цистерны) транспортом. В Рос­сийской Федерации в настоящее время эксплуатируется более 200 тыс. км магистральных и 350 тыс. км- промысловых трубопроводов. Физический и моральный износ оборудования является причиной роста числа аварийных разливов нефти. За последние 5-6 лет доля аварий, произошедших из-за фи­зического износа и коррозии металла, увеличилось до 60-70 % и более. На территории России ежегодное число аварий на этом виде транспорта дости­гает десятков тысяч. Вместе с тем, изношенность нефтедобывающего обору­дования и средств транспорта нефти и нефтепродуктов пока не позволяют надеяться на улучшение экологической ситуации в отрасли [11].

По данным литературы, абсолютное большинство (89—96%) аварий­ных разливов нефти вызывают сильные и необратимые повреждения при­родных биоценозов. В районе нефтепроводов существуют области с посто­янно нарушенным растительным покровом. Присутствуют зоны сплошного уничтожения растительного покрова на трассах трубопроводов, которые со­ставляют около 15% всей площади освоения. На трассах трубопроводов ши­рина зоны разрушения природы изменяется от 40 до 400 м для одной магист­ральной нити [11].

Известно, что при нефтяном загрязнении тесно взаимодействуют три группы основных факторов: 1) сложность состава нефти, находящегося в про­цессе постоянного изменения (в качестве эколого-геохимических характеристик основного состава нефти учитывается содержание легкой фракции, циклических углеводородов, смол и асфальтенов, сернистых соединений); 2) сложность, гете­рогенность состава и структуры любой экосистемы, находящихся в процессе по­стоянного развития и изменения; 3) многообразие и изменчивость внешних фак­торов, влияющих на экосистему (температуры, влажности, давления и т. д.): По­этому оценивать последствия загрязнения экосистемы нефтью и намечать пути этих последствий необходимо с учетом конкретного сочетания трех вышена­званных факторов [12].

Нефтесодержащие отходы в основной своей массе накапливаются в от­крытых амбарах без какой-либо сортировки или классификации. Подавляю­щее большинство амбаров (накопителей) появилось в 40-80-гг прошлого ве­ка, когда нормативная база в области проектирования, строительства и экс­плуатации объектов размещения отходов находилась в самом начале органи­зационного становления. В связи с этим, большая часть амбаров сооружена без соблюдения природоохранных требований. Накопители крупных нефте­промышленных комплексов занимают десятки гектаров выведенных из хо­зяйственного использования территорий и представляют собой объекты ог­ромной экологической, пожарной и санитарно-гигиенической опасности [13].

Наличие открытых амбаров с огромным количеством накопленных жидких и пастообразных нефтешламов, приводит к постоянному загрязнению окру­жающей природной среды - почвы, поверхностных и подземных вод, а также атмосферного воздуха углеводородами, сероводородом и другими выбросами за счет испарения легких фракций. Из атмосферы нефтяные углеводороды выпадают с аэрозолями в основном в зимний период. Эти вещества хорошо адсорбируются снегом и сохраняются при низкой температуре до снеготая­ния. С талыми водами алканы, арены и другие нефтяные углеводороды про­никают в почву и грунт [14].              '              '

В водные объекты нефтесодержащие отходы, хранящиеся в накопите­лях, попадают, в основном, в результате размыва обваловки амбаров павод­ковыми водами, при смывах дождевыми и талыми водами. Загрязнение вы­ражается в образовании пленки нефтепродуктов на поверхности водного объекта, уменьшении количества растворенного кислорода, образовании от­ложений тяжелых нефтяных фракций на дне и появлении у воды нефтяных запаха и привкуса. Уменьшение запаса растворенного кислорода происходит вследствие нарушения нормального процесса реаэрации и потребления ки­слорода при окислении нефтепродуктов, попавших в водный объект. Сниже­ние рН воды объясняется присутствием в нефти кислот и накоплением про­дуктов, получающихся в результате окисления углеводородов [15].