СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПОЧВЫ Российский патент 1996 года по МПК B09C1/10 B09C101/00 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к способам ликвидации нефтяных загрязнений на поверхности земли с помощью микроорганизмов.

Известны методы ликвидации нефтяных загрязнений почвы, например снятие плодородного, а также загрязненного неплодородного слоев почвы, обваловка загрязненной территории минеральным грунтом и установка заграждений с целью ограничения района загрязнения /1/. Однако эти методы не обеспечивают восстановления плодородия загрязненной почвы.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, предусматривающий рыхление почвы вспашкой с целью ее аэрации, внесение в нее специальной культуры бактерий и минеральных солей /2/. Вносимые в почву бактерии при наличии кислорода, азота, фосфора перерабатывают углеводороды в процессе своей жизнедеятельности до малотоксичных или безвредных кислородсодержащих соединений вплоть до углекислого газа, ликвидируя таким образом нефтяное загрязнение.

Однако рыхление почвы вспашкой не позволяет аэрировать почву в зависимости от степени (глубины) ее загрязненности углеводородами и создавать в случае необходимости уклон на загрязненной почве, что снижает эффективность способа.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности ликвидации нефтяных загрязнений и ее удешевление.

Поставленная цель достигается тем, что в способе ликвидации углеводородных загрязнений почвы путем ее аэрации и внесения водной суспензии микроорганизмов и минеральных солей азота и фосфора для аэрации почвы в ней прокладывают траншеи, размеры и частота расположения которых зависят от степени загрязненности почвы углеводородами, а стекающую по траншеям водную суспензию микроорганизмов и минеральных солей собирают и используют циклически, добавляя при необходимости соли азота и фосфора.

Другим отличием способа является то, что в качестве микроорганизмов используют сообщество микроорганизмов, присутствующих в воде, отобранной из призабойной зоны скважины, разрабатывающей объект разработки, нефтью которого загрязнена почва.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Известно, что углеводородокисляющие бактерии являются аэробными, т.е. необходимым элементом (условием) их жизнедеятельности является кислород. Прокладывание в загрязненной почве траншей определенной глубины, ширины, частоты в зависимости от степени загрязненности почвы углеводородами создает условия для активной аэрации почвы, что способствует быстрому развитию углеводородокисляющих бактерий и приводит к полной переработке углеводородного загрязнения. Кроме того, изменяя глубину траншей по длине, можно создать искусственный уклон с целью сбора водной суспензии микроорганизмов и питательных солей для повторного использования в циклической обработке. При этом в процессе многократного распыления водной суспензии над загрязненной поверхностью происходит дополнительная ее аэрация.

Все это повышает эффективность ликвидации углеводородных загрязнений почвы по сравнению с известным способом, где глубина и частота рыхления почвы вспашкой не позволяют в достаточной степени аэрировать весь объем загрязненного слоя почв и в малой степени зависят от степени ее загрязненности.

Известный способ в отличие от предлагаемого не предусматривает сбора и циклического использования водного раствора минеральных солей и биомассы бактерий.

Другим отличием предлагаемого способа является использование в качестве микроорганизмов углеводородокисляющей микрофлоры, присутствующей в воде, отобранной из призабойной зоны скважины, разрабатывающей объект разработки, нефтью которого загрязнена почва. Эта микрофлора адаптирована к сырой нефти месторождения и при дополнительной аэрации и внесении биогенных элементов происходит активное размножение данных микроорганизмов и соответственно более полное и более быстрое уничтожение разлитой нефти.

Все вышеприведенные признаки дают основание считать предлагаемый способ соответствующим критерию изобретения "изобретательский уровень".

В промысловых условиях способ осуществляют следующим образом.

Замеряют площадь загрязненного участка, пористость почвы, глубину проникновения углеводородов в почву, определяют средний молекулярный вес углеводородов и насыщенность почвы углеводородами. Рассчитывают объем воздуха, необходимого для окисления углеводородов до СО₂, исходя из этого выбирают размер и частоту расположения траншей.

В таблице приведены параметры двух участков с разной степенью загрязненности.

Как следует из стехиометрических расчетов, для окисления до CО₂ 1 м³ углеводорода с молекулярным весом 200 необходимо 12 тыс.м³ воздуха.

При расчете объема траншей следует учесть кратное увеличение аэрации за счет цикличности процесса (т.е. число циклов искусственных), а также дополнительную аэрацию, равную искусственной, за счет естественной циркуляции воздуха в длинных траншеях (число циклов естественных). Кроме того, аэрация увеличивается также за счет поверхностного воздухообмена.

Примем число искусственных циклов n_иск=100, соответственно число естественных циклов n_ест=100. За счет поверхностного воздухообмена аэрация увеличивается в 2 раза.

С учетом этих факторов объем воздуха, потребный для окисления 1 м³ углеводородов в одном цикле, составит .

Объем углеводородов (V_y/в) рассчитывается по формуле:
Для участка 1
Для участка 2
Объем воздуха (V_воз), потребный для окисления углеводородов, соответственно составит:
V^I _возд=0,6x12=7,2 м³
V^II _возд=0,6x100=60 м³
Приняв, что V воздуха V траншей l x h x L, где l, h и L соответственно ширина, глубина и длина траншеи, причем ширина и глубина задаются, можно рассчитать длину траншей и частоту их расположения на загрязненном участке.

В данном конкретном случае ширина траншеи равна 0,15 м; глубина для участка I 0,3 м, для участка II 0,5 м. Отсюда

На участке I следует проложить 16 траншей, а на участке II 80 траншей, тогда длина их составит расчетную, при этом расположить их можно так: на участке I 8 вдоль, 8 поперек с частотой 1,25 м; на участке II 40 вдоль, 40 поперек с частотой 0,25 м.

Кроме вышеперечисленных анализов, замеряют угол наклона загрязненного участка. Если он равен нулю, то глубину борозд по длине борозды увеличивают так, чтобы создать ее уклон 2-4^o.

В емкости готовят водный раствор солей в пресной воде, например, следующего состава: (Na₂HPO₄ x 12H₂O + KH₂PO₄) 0,1 г/л и NH₄Cl 0,5 г/л.

В этот раствор вводят культуру углеводородокисляющих бактерий в таком количестве, чтобы их концентрация в растворе была не менее 10⁶ кл/мл.

Если известен источник загрязнения почвы углеводородами (например, девонская нефть залежи N 302), то из ПЗ скважины, расположенной на этой залежи, отбирают воду, анализируют ее на наличие УОБ и при их содержании в воде не менее 10⁶ кл/мл отбирают в цистерну 2 м³ воды, добавляют туда расчетное количество солей азота и фосфора так, чтобы концентрация их равнялась первоначальной, и натриевую соль уксусной кислоты до концентрации 2 г/л. Затем раствор аэрируют и каждые 12 часов проводят анализ на содержание углеводородокисляющих бактерий. Раствор можно использовать при концентрации углеводородокисляющих бактерий не ниже 10⁶кл/мл.

Независимо от способа получения раствора микроорганизмов, водный их раствор в питательной среде разбрызгивают над загрязненной почвой в количестве не менее 1 л/м².

Стекающий по бороздам раствор собирают в емкость или в специальное углубление. После анализа его на содержание минеральных солей и добавления при необходимости недостающего количества вновь разбрызгивают его над загрязненным участком.

Анализ суспензии на содержание микроорганизмов не производят, так как в процессе уничтожения углеводородов их численность увеличивается.

Процесс разбрызгивания раствора повторяют до тех пор, пока анализы почвы с загрязненного участка не покажут отсутствие в ней углеводородов.

Анализ проводится через 10-15 суток, т.е. после прохождения микробиологических процессов.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в более полном и быстром прохождении микробиологических процессов за счет создания оптимальных соотношений воздуха и углеводородов по всему объему загрязнения, а также наращивания и многократного использования культуры углеводородокисляющих микроорганизмов и наработанных ими поверхностно-активных веществ в циклическом режиме.

Литература:
1) В. Д. Колеватов. Рекультивация земель, загрязненных при бурении скважин. Охрана природы в районах добычи нефти Татарии; Альметьевск, 1980, с.52-57.

2) Рекультивация земель, загрязненных нефтью. ЭИ, сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды, М. 1991, вып 6, с.52-56. ТТТ1

Использование: изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к способам ликвидации нефтяных загрязнений на поверхности земли с помощью микроорганизмов. Сущность изобретения: способ включает аэрацию загрязненной почвы и внесение водной суспензии микроорганизмов и минеральных солей азота и фосфора, для аэрации почвы в ней прокладывают траншеи, размеры и частота расположения которых зависят от степени загрязненности почвы углеводородами, а стекающую по траншеям водную суспензию микроорганизмов и минеральных солей собирают и используют циклически, добавляя при необходимости соли азота и фосфора; в качестве микроорганизмов используют сообщество микроорганизмов , присутствующих в воде, отобранной из призабойной зоны скважины, разрабатывающей объект разработки, нефтью которого загрязнена почва. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ ликвидации углеводородных загрязнений почвы путем ее аэрации и внесения водной суспензии микроорганизмов и минеральных солей азота и фосфора, отличающийся тем, что для аэрации почвы в ней прокладывают траншеи, размеры и частоту расположения которых рассчитывают, исходя из степени загрязненности почвы углеводородами, при этом объем траншей равен объему воздуха, необходимого для окисления углеводородов до углекислого газа, а стекающую по траншеям водную суспензию микроорганизмов и минеральных солей собирают и используют для последующего внесения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что собранную суспензию микроорганизмов и минеральных солей используют циклически, добавляя при необходимости соли азота и фосфора. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов используют сообщество микроорганизмов, присутствующих в воде, отобранной из призабойной зоны скважины, нефтью которой загрязнена почва.