Способ промывки нефтезагрязненных грунтов
Способ может быть использован при промывке грунтов, загрязненных нефтепродуктами в процессе штатного режима работы нефтеперерабатывающих, нефтехимических и нефтедобывающих предприятий, нефтебаз, нефтехранилищ. Сущность изобретения заключается в том, что производят промывку грунтов водным раствором поверхностно-активных веществ (ПАВ) с помощью нагнетательных и эксплуатационных скважин, причем раствор ПАВ перед закачкой в пласт подвергают обработке искровыми импульсными высоковольтными разрядами с образованием в растворе озона и пероксида водорода, а также импульсных гидравлических ударов, которые распространяют в пласте с закачиваемым раствором, раствор фильтруют в пласте в электрическом поле попеременно в направлении вектора напряженности электрического поля и в противоположном направлении, причем электрическое поле направлено перпендикулярно водотоку, а вблизи водотока производят перехват техногенного потока грунтовых вод, который совместно с промывным раствором направляют на разделение потока на взвешенные вещества, нефтепродукты и воду. Нефтепродукты обезвоживают и утилизируют, а воду дополнительно фильтруют в коалесцирующей загрузке, флотируют, затем проводят коррекцию концентрации ПАВ, нагревают и вновь закачивают в пласт. Нагнетательные и эксплуатационные скважины расположены чередующимися рядами. В первый ряд нагнетательных скважин нагнетают 100% раствора, а в остальные нагнетательные скважины - по 20% раствора. Из последнего ряда эксплуатационных скважин извлекают 100% раствора, а из остальных рядов эксплуатационных скважин - по 20% раствора. Техническим результатом является повышение эффективности извлечения нефтепродуктов из техногенно загрязненных грунтов, повышение качества восстановленных грунтов. 1 ил., 2 табл.
Изобретение относится к способам промывки грунтов, загрязненных нефтепродуктами в процессе штатного режима работы нефтеперерабатывающих, нефтехимических и нефтедобывающих предприятий, нефтебаз, нефтехранилищ.
Известен способ обработки нефтешлама, включающий отделение водной фазы и свободных углеводородов, смешение нефтешлама с породообразующими, инокулирующими, каталитическими и нейтрализующими добавками, формирование штабелей, компостирование с аэрацией, продувкой или перемешиванием. Нефтешлам предварительно перемешивают с раствором ПАВ с температурой 60-70°С, затем промывают. Полученный фильтрат отстаивают, удаляют твердые взвешенные вещества в нефтешлам, удаляют нефтепродукты на утилизацию, фильтруют водонефтяную эмульсию в слое углеводородной жидкости, корректируют концентрацию ПАВ, нагревают раствор ПАВ, перемешивают с исходным нефтешламом (Патент РФ 2549657).
Недостатком является невысокая эффективность извлечения нефтепродуктов из техногенно загрязненных грунтов.
Известен способ очистки нефтезагрязненных почв, грунтов и нефтешламов (патент РФ №2244685). Способ включает отмывку грунта (почвы, шлама) моющей жидкостью, регенерацию жидкости путем фазового разделения с отделением органической фазы и возвратом водной фазы в цикл очистки. Перед отмывкой грунт разделяют на плавающую массу и осаждаемый грунт, а затем осуществляют отмывку каждой отделенной фракции. Отмывку плавающей массы проводят струйной обработкой на вибросите с одновременным отделением отмываемой массы от загрязненной моющей жидкости. Отмывку осаждаемого грунта проводят в три этапа. На первом этапе отмывку осуществляют при осаждении в потоке моющей жидкости, на втором этапе осуществляют струйную отмывку материала на наклонном винтовом конвейере при перемещении материала, на третьем этапе отмывку осуществляют струйной обработкой на вибросите с одновременным отделением отмываемого грунта от загрязненной моющей жидкости. Регенерацию моющей жидкости проводят путем гравитационного отстоя. В качестве моющей жидкости используют водный раствор моющего средства, образующий неустойчивую эмульсию с углеводородами, содержащий неионогенные ПАВ.
Недостатком является невысокая эффективность извлечения нефтепродуктов из техногенно загрязненных грунтов.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ промывки нефтезагрязненных грунтов карбонизированной водой с помощью нагнетательных и эксплуатационных скважин. Вода после промывки грунтов откачивается на поверхность, направляется в систему отстойников, очищается, повторно закачивается в пласт (Сафаров A.M. Оценка и технология снижения негативного воздействия крупных нефтехимических комплексов на окружающую среду / Автореферат диссертации на соискание степени доктора техн. наук. - Уфа. 2014. - 46 с.).
Недостатком изобретения является относительно невысокий эффект извлечения нефтепродуктов из загрязненных грунтов.
Задачей изобретения является повышение эффективности извлечения нефтепродуктов из техногенно загрязненных грунтов, повышение качества восстановленных грунтов.
Сущность изобретения заключается в том, что производят промывку грунтов с помощью нагнетательных и эксплуатационных скважин, очистку извлеченного раствора от взвешенных веществ и нефтепродуктов, повторную закачку раствора в нефтезагрязненные грунты, согласно изобретению промывку грунтов производят водным раствором ПАВ, который перед закачкой в пласт подвергают обработке искровыми импульсными высоковольтными разрядами с образованием в растворе озона и пероксида водорода, а также импульсных гидравлических ударов, которые распространяют в пласте с закачиваемым раствором, раствор фильтруют в пласте в электрическом поле попеременно в направлении вектора напряженности электрического поля и в противоположном направлении, причем электрическое поле направлено перпендикулярно водотоку, а вблизи водотока производят перехват техногенного потока грунтовых вод, который совместно с промывным раствором направляют на разделение потока на взвешенные вещества, нефтепродукты и воду, причем нефтепродукты обезвоживают и утилизируют, и воду дополнительно фильтруют в коалесцирующей загрузке, флотируют, затем проводят коррекцию концентрации ПАВ, нагревают и вновь закачивают в пласт, причем нагнетательные и эксплуатационные скважины расположены чередующимися рядами, в первый ряд нагнетательных скважин нагнетают 100% раствора, а в остальные нагнетательные скважины - по 20% раствора, из последнего ряда эксплуатационных скважин извлекают 100% раствора, а из остальных рядов эксплуатационных скважин по 20% раствора.
На фигуре показан комплекс для промывки нефтезагрязненных грунтов.
На фигуре показана территория 1, загрязненная нефтепродуктами на значительную глубину, на которой формируются техногенные потоки грунтовых вод, направленные в сторону водотока 2. Вблизи водотока 2 размещен коллектор перехвата техногенных потоков, представляющий собой перфорированную трубу 3, размещенную в траншее 4.
Параллельно водотоку на загрязненной территории размещены чередующиеся ряды нагнетательных 5 и эксплуатационных 6 скважин. Расстояние между рядами скважин и между скважинами в рядах находится в интервале 50-100 м. Глубина скважин определяется инженерными изысканиями по факту распространения нефтепродуктов и составляет 3-25 м. Перфорированные трубы нагнетательных 5 и эксплуатационных 6 скважин в то же время выполняют функцию электродов, поэтому изготовлены из электропроводных материалов. Трубы нагнетательных скважин 5 подключены к отрицательному полюсу источника 7 питания, изготовлены из алюминия, трубы эксплуатационных скважин 6 подключены к положительному полюсу источника 7 питания, поэтому должны быть нерастворимыми при анодной поляризации. Предложено изготавливать эти трубы из коксопековой композиции (Патент РФ №101443).
Промывные растворы из эксплуатационных скважин 6 и грунтовые воды из перфорированной трубы 3 подаются на вход очистных сооружений, состоящих из трехпродуктового гидроциклона 8, коалесцирующего фильтра 9, флотатора 10, смесителя 11 с реагентным хозяйством 12, теплообменного аппарата 13, насосной станции 14, плазмохимического реактора 15 с генератором 16 импульсных напряжений.
Нижний выход гидроциклона 8 соединен со шламовой площадкой 17, верхний - с жидкостным гидрофобным фильтром 18 и накопителем нефтепродуктов 19.
Способ осуществляется следующим образом.
В последние годы обнаружен новый вид экологического ущерба, заключающийся в пропитке грунтов нефтепродуктами вблизи действия предприятий нефтепереработки, нефтехимии, нефтедобычи и др. Установлено, что грунты пропитаны на глубину от 3 до 25 м в зависимости от залегания водоупорных пластов. За долгие годы существования загрязненных территорий образовались техногенные потоки грунтовых вод, содержащих нефтепродукты, направленные к водным объектам, как правило, к водотокам. Установлено, что техногенные потоки поступают в водотоки за счет инфильтрации, загрязняя воду и донные отложения.
Способ заключается в промывке загрязненной территории (пласта) водным раствором поверхностно активных веществ (ПАВ) с применением методов интенсификации с последующим отделением нефтепродуктов от моющего раствора.
Перед закачкой раствора ПАВ в пласт его подвергают обработке искровыми импульсными высоковольтными разрядами в плазмохимическом реакторе 15 с генератором 16 импульсных напряжений. Генератор 16 вырабатывает импульсы напряжением 110 кВ длительностью 1 мкс частотой следования 0,1 Гц. В плазмохимическом реакторе 15 происходят искровые разряды с образованием высокотемпературной плазмы, ультрафиолетового излучения, гидравлических ударов. Под действием искровых ударов в обрабатываемом растворе образуются сильные окислители, такие как озон, пероксид водорода, атомарный кислород, которые усиливают моющее действие раствора. Однако наибольший эффект достигается за счет гидравлических ударов, которые в виде волн высокого давления распространяются во всем пласте, усиливая моющее действие раствора за счет механического действия.
Далее раствор подается в нагнетательные скважины, фильтруется в направлении к эксплуатационным скважинам в электрическом поле, созданном источником 7 питания. Трубы нагнетательных 5 и эксплуатационных 6 скважин в то же время являются катодами и анодами, соответственно. На электроды от источника 7 питания подается напряжение порядка 4 В. На анодах происходит образование газообразного кислорода и хлора, являющихся сильными окислителями, способных окислять нефтепродукты до углекислого газа и воды. С другой стороны, в электрическом поле происходит электрофорез эмульгированных капель нефтепродуктов, обладающих отрицательным знаком заряда, которые перемещаются по направлению вектора напряженности электрического поля и концентрируются вблизи анода. Т.о., часть капель нефтепродуктов окисляется у анода, а часть отводится через эксплуатационную скважину 6.
Установлено, что при фильтровании воды в направлении к водотоку производительность рядов скважин от 1 до 6 должна составлять:
1 ряд нагнетательных скважин - 100%;
2 ряд эксплуатационных скважин - 20%;
3 ряд нагнетательных скважин - 20%;
4 ряд эксплуатационных скважин - 20%;
5 ряд нагнетательных скважин - 20%;
6 ряд эксплуатационных скважин - 100%,
что приведет к отбору наиболее загрязненной части раствора ПАВ из пласта и уменьшению нагрузки на очистные сооружения.
Возможно, что часть техногенного потока не будет извлечена эксплуатационными 6 скважинами и будет фильтроваться в пласте в направлении к водотоку 2, тогда она будет извлечена перфорированной трубой 3 коллектора перехвата и отправлена на совместную обработку с продукцией эксплуатационных скважин 6 на трехпродуктовый напорный гидроциклон 8, разделяющий поток на взвешенные вещества, нефтепродукты и воду. Взвешенные вещества размещают на шламовой площадке 17, где их обезвоживают и далее утилизируют. Обводненные нефтепродукты направляют в жидкостный гидрофобный фильтр 18, где разделяют на обезвоженные нефтепродукты, поступающие в накопитель 19, и воду, поступающую в «голову» очистных сооружений.
Предварительно очищенная гидроциклоном 8 продукция скважин доочищается коалесцирующим фильтром 9 и флотатором 10. Флотационная пена поступает на обработку в гидрофобный фильтр 18. Далее происходит коррекция концентрации ПАВ в смесителе 11 с помощью реагентного хозяйства 12, подогрев в теплообменном аппарате 13 и закачка в пласт насосной станцией 14 через плазмохимический реактор 15. Цикл повторяется.
Пример 1. Проводили опыты по промывке кварцевого песка фракции 0,8-1,2 мм, содержащего 10 г/кг товарной нефти. Концентрация ПАВ типа ОП-10 составляла 5 г на 1 л водопроводной воды, температура воды 40°С. Для активации воды в опытной ячейке разместили 2 электрода: анод - из коксопека, катод - из алюминия. На электроды подавали напряжение 4 В. Скорость фильтрования меняли в диапазоне 0,05-1,0 м/ч.
Результаты по отмыву кварцевого песка от нефти раствором ПАВ с электрическим полем и без него приведены в таблице 1.
Из приведенных результатов следует, что эффект очистки кварцевого песка от нефти с электрическим полем на 13% выше, чем без поля. Оптимальной скоростью фильтрования следует считать 0,1 м/ч, при которой достигается сравнительно высокий эффект очистки песка.
Пример 2. Проводили опыты по отмывке кварцевого песка фракции 0,8-1,2 мм, содержащего 10 г/кг товарной нефти. Концентрация ПАВ типа ОП-10 составляла 5 г на 1 л водопроводной воды, температура воды 40°С. Для активации воды в опытной ячейке разместили 2 электрода: анод из коксопека, катод - из алюминия. На электроды подавали напряжение 4 В. Из прианодной области отбирали пробы воды на анализ нефтепродуктов в количестве 5-30%. Результаты приведены в таблице 2.
Из приведенных данных следует, что вблизи анода концентрируются капли нефтепродуктов, концентрация которых выше, чем фоновая концентрация в потоке. Оптимальным значением является 20% отбора жидкости из прианодной зоны.
Техническим результатом является повышение эффективности извлечения нефтепродуктов из техногенно загрязненных грунтов, повышение качества восстановленных грунтов.
Способ промывки нефтезагрязненных грунтов, включающий промывку грунтов с помощью нагнетательных и эксплуатационных скважин, очистку извлеченного раствора от взвешенных веществ и нефтепродуктов, повторную закачку раствора в нефтезагрязненные грунты, отличающийся тем, что промывку грунтов производят водным раствором поверхностно-активных веществ (ПАВ), который перед закачкой в пласт подвергают обработке искровыми импульсными высоковольтными разрядами с образованием в растворе озона и пероксида водорода, а также импульсных гидравлических ударов, которые распространяют в пласте с закачиваемым раствором, раствор фильтруют в пласте в электрическом поле попеременно в направлении вектора напряженности электрического поля и в противоположном направлении, причем электрическое поле направлено перпендикулярно водотоку, а вблизи водотока производят перехват техногенного потока грунтовых вод, который совместно с промывным раствором направляют на разделение потока на взвешенные вещества, нефтепродукты и воду, причем нефтепродукты обезвоживают и утилизируют, а воду дополнительно фильтруют в коалесцирующей загрузке, флотируют, затем проводят коррекцию концентрации ПАВ, нагревают и вновь закачивают в пласт, причем нагнетательные и эксплуатационные скважины расположены чередующимися рядами, в первый ряд нагнетательных скважин нагнетают 100% раствора, а в остальные нагнетательные скважины - по 20% раствора, из последнего ряда эксплуатационных скважин извлекают 100% раствора, а из остальных рядов эксплуатационных скважин - по 20% раствора.
