Способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов
Владельцы патента RU 2450873:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а более конкретно к методам улучшения экологического состояния и возвращения в хозяйственный оборот земель, загрязненных нефтепродуктами, в частности нефтешламов и замазученных грунтов. Технический результат - сокращение общей продолжительности биотермической обработки органосодержащих отходов с 1-3 месяцев до 18-30 суток, что позволяет использовать полученный рекультивационный материал для заполнения отработанных карьеров, в планировочных работах, а также для технического экранирования заполненных накопителей промышленных отходов на стадии их ликвидации или консервации. Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов в качестве щелочного реагента используют шламы химводоочистки теплоэлектроцентралей. Процесс осуществляют в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств. В верхней части процесс осуществляют за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана до момента снижения температуры компостной среды до температуры наружного воздуха. Время изменения температуры компостной смеси определяют по определенному математическому выражению. Время окончания процесса рассчитывают по формулам. 5 ил., 3 пр.
Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а более конкретно к методам улучшения экологического состояния и возвращения в хозяйственный оборот земель, загрязненных нефтепродуктами, в частности нефтешламов и замазученных грунтов.
Известен способ переработки и утилизации органических и органоминеральных отходов сельского и огородно-дачных хозяйств, лесной и деревообрабатывающей промышленности путем их компостирования, включающий внесение щелочного реагента (щелочной экстракт одного из каустобиолитов угольного ряда в виде водного раствора гумата одного из веществ, выбранных из группы, состоящей из натрия, калия, аммония), (см. патент №2212391, кл. C05F 3/00, C05F 11/00, C02F 11/14, 2003).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе в качестве щелочного реагента используется щелочной экстракт одного из каустобиолитов угольного ряда в виде водного раствора гумата одного из веществ, выбранных из группы, состоящей из натрия, калия, аммония, который обладает повышенной щелочностью и забивает поры компостируемой смеси, что затрудняет аэрацию и приводит к увеличению продолжительности процесса, не отработан механизм определения времени окончания процесса, а также требуется проведение дорогостоящих операций по приготовлению специализированных добавок - щелочных реагентов, что приводит к высоким капитальным и эксплуатационным затратам и существенно ограничивает возможность применения данного способа в современных экономических условиях сельских населенных пунктов.
Известен способ компостирования осадков сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами, включающий их перемешивание с влагоемкими и газопоглощающими добавками, формирование из полученной смеси компостной кучи вокруг перфорированного трубопровода, нанесение на аэрируемую статическую кучу слоя добавок, создающих окислительную обстановку, размещение в основании кучи слоя добавок, создающих восстановительную обстановку, (см. патент №2159756, кл. C05F 7/00, 2000).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе отсутствует перемешивание компостной смеси с добавками только лишь послойное нанесение, что в свою очередь не позволяет получить гомогенизированную, однородную смесь и не способствует созданию условий хорошей проницаемости, необходимых для эффективного проведения процесса аэрации, аэрация производится только снизу и процесс формирования штабеля достаточно сложен и трудоемок, а также не отработан механизм определения времени окончания процесса компостирования.
Известен способ обработки и утилизации органосодержащих отходов, включающий смешивание с нагретым сыпучим углеродсодержащим наполнителем (продукт биотермической переработки твердых бытовых отходов с содержанием общего числа микроорганизмов 108-1010 клеток/г сухого компостного материала и температурой 75°C) и компостирование с аэрацией (см. патент №2249580, кл. C05F 3/00, 2005).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе необходима трудоемкая предварительная обработка твердых бытовых отходов, не отработан механизм определения времени окончания процесса, кроме того, способ приемлем только в холодное время года.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов, в котором обработку и утилизацию органосодержащих отходов осуществляют путем введения в нефтешлам органических компонентов, образования пористости обрабатываемого материала, создания условий проникновения в материал кислорода, причем в нефтешлам в качестве органических компонентов вводят растительные остатки, которыми могут быть измельченная надземная часть сорных и культурных растений, солома, соломистый навоз, торф, отработанный компост из-под шампиньонов, активные илы очистных сооружений промышленных предприятий и т.п., в которые перед внесением в нефтешлам или замазученный почвогрунт добавляют куриный помет или многокомпонентное минеральное удобрение для усиления питания и ускоренного активного размножения почвенной микрофлоры, добавляют к полученному материалу щелочной реагент, укладывают полученную массу в штабеля и осуществляют процесс компостирования с аэрацией (см. патент №2376083, кл. B09C 1/10, 2009), который и принят за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе процесс биотермической обработки нефтешламов и замазученных грунтов осуществляется путем введения извести или гипса в качестве щелочного реагента, а также за счет аэрации компоста путем перекладки бурта каждые 5-7 дней в течение 1-3 месяцев. Кроме того, не отработан механизм определения времени окончания процесса компостирования.
Сущность изобретения заключается в сокращении продолжительности проведения биотермической обработки органосодержащих отходов путем введения в нефтешлам органических компонентов, добавления щелочного реагента и проведения процесса компостирования в высоконагружаемом кавальере (насыпи), аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств (воздуходувок), а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в том, что необходимо произвести биотермическую обработку органосодержащих отходов с минимальной продолжительностью.
Технический результат - сокращение общей продолжительности биотермической обработки органосодержащих отходов с 1-3 месяцев до 18-30 суток, что позволяет использовать полученный рекультивационный материал для заполнения отработанных карьеров, в планировочных работах, а также для технического экранирования заполненных накопителей промышленных отходов на стадии их ликвидации или консервации.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов путем введения в нефтешлам органических компонентов, образования пористости обрабатываемого материала, создания условий проникновения в материал кислорода, завершения многокомпонентной взаимосвязи нефтеокисляющих микроорганизмов с изменяющимся по структуре компостным составом, превращения упомянутого состава нефтешлама и замазученного грунта в высокогумусированный почвогрунт, причем в нефтешлам в качестве органических компонентов вводят растительные остатки, которыми могут быть измельченная надземная часть сорных и культурных растений, солома, соломистый навоз, торф, отработанный компост из-под шампиньонов, активные илы очистных сооружений промышленных предприятий и т.п., в которые перед внесением в нефтешлам или замазученный почвогрунт добавляют куриный помет или многокомпонентное минеральное удобрение для усиления питания и ускоренного активного размножения почвенной микрофлоры, добавляют к полученному материалу щелочной реагент, укладывают полученную массу в штабеля и осуществляют процесс компостирования с аэрацией, особенность заключается в том, что в качестве щелочного реагента используют шламы химводоочистки теплоэлектроцентралей, а процесс осуществляют в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств (воздуходувок), а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана до момента снижения температуры компостной среды до температуры наружного воздуха, при этом время изменения температуры компостной смеси определяют по выражению
hобщ.=h1(t1)+h2(t2),
где
сут.
t2 = начало отчета от 6 сут.,
a время окончания процесса рассчитывают по формулам
tобщ.=t1+t2=6+12=18 сут.
где t1≅3·T1=3·2=6 сут.
t2≅3·Т2=3·4=12 сут.,
где T1 и T2 - постоянные времени, полученные в результате обработки опытных данных (см. пример 1, фиг.3).
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, получены в ходе апробации способа переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов в полевых условиях на опытно-исследовательской площадке компостного центра г.Самара.
Пример 1. Процесс биотермической обработки органосодержащих отходов проводят в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств, а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана. Для этого используют органосодержащие отходы с активным илом в соотношении 1:0,5, добавляют шламы химводоочистки теплоэнергоцентралей и порообразущие добавки. Исходная концентрацией компостной микрофлоры - 108-1010 клеток/г. Формируют штабели высотой 2,5-3 м и подвергают интенсивной продувке (расход воздуха до 1900 м3/ч) в течение 1-2 суток для интенсификации инокуляции с увеличением концентрации компостной микрофлоры до 1012-1014 клеток/г и, соответственно, подъема температуры до 65-75°C (см. фиг.1, зона I, где 7 - трапециевидный штабель). После выхода процесса компостирования на стадию высоких температур смесь из инокулированных штабелей с помощью грейферного ковша козлового крана переносят в аэрируемый кавальер размерами в основании 30×60 м, по верху 20×40 м, высотой до 8 м, где компостируемая смесь продувается воздухом в нижней части и перемешивается ковшом козлового крана в верхней для поддержания концентрации почвенной микрофлоры на уровне 1012-1014 клеток/г (см. фиг.1, зона II, где 2 - высоконагружаемый аэрируемый кавальер, 3 - козловой кран, оборудованный грейферным ковшом). Как только температура и концентрация начнут снижаться независимо от интенсивности и режима продувки смесь переносят в бурт дозревания (см. фиг.1, зона III, где 4 - бурт дозревания).
Временная характеристика изменения температур для процесса представлена на фиг.2.
Время изменения температуры компостной смеси определяют по выражению
hобщ.=h1(t1)+h2(t2),
где
сут.
t2 = начало отчета от 6 сут.,
a время окончания процесса рассчитывают по формулам:
tобщ.=t1+t2=6+12=18 сут.,
где t1≅3·T1=3·2=6 сут.
t2≅3·Т2=3·4=12 сут.,
где T1 и T2 - постоянные времени, полученные в результате обработки опытных данных, показанных на фиг.3.
Аналогичным образом определяются постоянные времени для всех переходных процессов (см. пример 2, пример 3).
Пример 2. Процесс биотермической обработки органосодержащих отходов проводят в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств, а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана. Для этого используют органосодержащие отходы с активным илом в соотношении 1:0,4, добавляют шламы химводоочистки теплоэнергоцентралей и порообразущие добавки. Исходная концентрацией компостной микрофлоры - 108-1010 клеток/г. Формируют штабели высотой 2,5-3 м и подвергают интенсивной продувке (расход воздуха до 1900 м3/ч) в течение 1-2 суток для интенсификации инокуляции с увеличением концентрации компостной микрофлоры до 1012-1014 клеток/г и соответственно подъема температуры до 65-75°C (см. фиг.1, зона I, где 1 - трапециевидный штабель). После выхода процесса компостирования на стадию высоких температур смесь из инокулированных штабелей с помощью грейферного ковша козлового крана переносят в аэрируемый кавальер размерами в основании 30×60 м, по верху 20×40 м, высотой до 8 м, где компостируемая смесь продувается воздухом в нижней части и перемешивается ковшом козлового крана в верхней для поддержания концентрации почвенной микрофлоры на уровне 1012-1014 клеток/г (см. фиг.1, зона II, где 2 - высоконагружаемый аэрируемый кавальер, 3 - козловой кран, оборудованный грейферным ковшом). Как только температура и концентрация начнут снижаться независимо от интенсивности и режима продувки смесь переносят в бурт дозревания (см. фиг.1, зона III, где 4 - бурт дозревания).
Временная характеристика изменения температур для процесса представлена на фиг.4.
Время изменения температуры компостной смеси определяют по выражению
hобщ.=h1(t1)+h2(t2),
где
сут.
t2 = начало отчета от 10 сут.,
a время окончания процесса рассчитывают по формулам
tобщ.=t1+t2=10,5+25,5=36 сут.,
где
t1≅3·T1=3·3,5=10,5 сут.
t2≅3·Т2=3·8,5=25,5 сут.,
где T1 и T2 - постоянные времени, полученные в результате обработки опытных данных.
Пример 3. Процесс биотермической обработки органосодержащих отходов проводят в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств, а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана. Для этого органосодержащие отходы с активным илом берут в соотношении 1:0,6, добавляют шламы химводоочистки теплоэнергоцентралей и порообразущие добавки. Исходная концентрацией компостной микрофлоры - 108-1010 клеток/г. Формируют штабели высотой 2,5-3 м и подвергают интенсивной продувке (расход воздуха до 1900 м3/ч) в течение 1-2 суток для интенсификации инокуляции с увеличением концентрации компостной микрофлоры до 1012-1014 клеток/г и соответственно подъема температуры до 65-75°C (см. фиг.1, зона I, где 1 - трапециевидный штабель). После выхода процесса компостирования на стадию высоких температур смесь из инокулированных штабелей с помощью грейферного ковша козлового крана переносят в аэрируемый кавальер размерами в основании 30×60 м, по верху 20×40 м, высотой до 8 м, где компостируемая смесь продувается воздухом в нижней части и перемешивается ковшом козлового крана в верхней для поддержания концентрации почвенной микрофлоры на уровне 1012-1014 клеток/г (см. фиг.1, зона II, где 2 - высоконагружаемый аэрируемый кавальер, 3 - козловой кран, оборудованный грейферным ковшом). Как только температура и концентрация начнут снижаться независимо от интенсивности и режима продувки смесь переносят в бурт дозревания (см. фиг.1, зона III, где 4 - бурт дозревания).
Временная характеристика изменения температур для процесса представлена на фиг.5.
Время изменения температуры компостной смеси определяют по выражению
hобщ.=h1(t1)+h2(t2),
где
сут.
t2 = начало отчета от 9 сут.,
a время окончания процесса рассчитывают по формулам
tобщ.=t1+t2=9+22,5=31,5 сут.,
где t1≅3·T1=3·3=9 сут.
t2≅3·Т2=3·7,5=22,5 сут.
где Т1 и T2 - постоянные времени, полученные в результате обработки опытных данных.
Вывод: Наиболее эффективным и оптимальным является результат, полученный в примере 1, так как в этом случае процесс биотермической обработки протекает с минимальной продолжительностью (18 суток).
Способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов путем введения в нефтешлам органических компонентов, образования пористости обрабатываемого материала, создания условий проникновения в материал кислорода, завершения многокомпонентной взаимосвязи нефтеокисляющих микроорганизмов с изменяющимся по структуре компостным составом, превращения упомянутого состава нефтешлама и замазученного грунта в высокогумусированный почвогрунт, причем в нефтешлам в качестве органических компонентов вводят растительные остатки, которыми могут быть измельченная надземная часть сорных и культурных растений, солома, соломистый навоз, торф, отработанный компост из-под шампиньонов, активные илы очистных сооружений промышленных предприятий и т.п., в которые перед внесением в нефтешлам или замазученный почвогрунт добавляют куриный помет или многокомпонентное минеральное удобрение для усиления питания и ускоренного активного размножения почвенной микрофлоры, добавляют к полученному материалу щелочной реагент, укладывают полученную массу в штабеля и осуществляют процесс компостирования с аэрацией, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют шламы химводоочистки теплоэлектроцентралей, а процесс осуществляют в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств, а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана до момента снижения температуры компостной среды до температуры наружного воздуха, при этом время изменения температуры компостной смеси определяют по выражению:
hобщ.=h1(t1)+h2(t2),
где
; 
; t2 = начало отчета от 6 сут,
а время окончания процесса рассчитывают по формулам:
tобщ.=t1+t2=6+12=18 сут,
где
t1≅3·T1=3·2=6 сут,
t2≅3·Т2=3·4=12 сут,
где T1 и T2 - постоянные времени, полученные в результате обработки опытных данных.
