СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 1999 года по МПК B09C1/02 B01D61/56 

Изобретение относится к способам очистки почвы от углеводородов (нефти, газового конденсата, машинного масла, бензина и пр.).

Известен способ очистки песка от нефтепродуктов (а.с. СССР N 1629102, МКИ 5: В 03 В 5/00, С 01 В 33/12, опуб. 23.02.91 г. Бюл N 7- аналог.), включающий обработку песка водным раствором плавиковой кислоты концентрацией 0,5 - 2,0 мас.% при отношении массы твердого грунта к жидкому реагенту как 1: (2-6) в течение 30 мин.

Основным недостатком данного способа является обработка песка химическим реагентом, для нейтрализации которого необходимо вносить дополнительные реагенты и удалять продукты реакции этих реагентов, что влечет дополнительные экономические затраты и не повышает экологию очищаемой песчаной почвы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ удаления загрязненной почвы ( патент США N 54157744 A, МКИ 6 : В 01 D 61/56, опуб, ИСМ, вып.001, N 10, 1996 г., с. 34 - прототип), включающий погружение в почву на очищаемом участке центрального и периферийных электродов, создание между ними градиента напряжения, подачу в зону, примыкающую к центральному, не загрязняющую жидкость-носитель, перемещение жидкости-носителя под действием электроосмотического эффекта между электродами, вытеснение жидкостью-носителем загрязненного материала из почвы в периферийные электроды и удаление загрязненного материала из последних.

Данный способ более экологичен, чем аналог. Однако движение чистых жидкостей-носителей типа воды под действием электроосмотического эффекта не интенсивно, и оно еще более замедляется при вытеснении из почвы жидкостью-носителем таких загрязнений, как вязкие углеводороды типа нефти, машинного масла и им подобных. Особенно большое сопротивление перемещению жидкости-носителя с углеводородами возникает в холодное время года, когда вязкость последних возрастает. Поэтому для обеспечения перемещения жидкости-носителя и вязких углеводородов необходимо поддерживать высокий градиент напряжения, порядка 380 - 500 В, в зависимости от структуры почвы, что приводит к большим энергозатратам и делает данный способ малоэффективным.

Цель изобретения заключается в повышении эффективности очистки почвы от углеводородов путем ускорения перемещения жидкости-носителя и снижения градиента напряжения на электродах.

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки почвы от углеводородов, включающем погружение в почву на очищаемом участке центрального и периферийных электродов, создание между первым и вторым градиента напряжения, подачу в область, примыкающую к центральному электроду, не загрязняющей жидкости-носителя, перемещение жидкости-носителя под действием электроосмотического эффекта от центрального электрода к периферийным, вытеснение из почвы жидкостью-носителем углеводородов и удаление их из периферийных электродов, в качестве жидкости-носителя используют воду, у которой pH изменяют до 9, воздействуя на нее кавитацией, или до 5,5 - нагревом.

Использование в качестве жидкости-носителя воды, у которой pH изменяют до 9, воздействуя на нее кавитацией, или до 5,5 - нагревом, позволило повысить эффективность очистки почвы при любых температурах без использования химических реагентов и их нейтрализации.

Заявителю не известны способы очистки почв, в которых бы в качестве жидкости- носителя использовали воду, у которой pH изменяют до 9, воздействуя на нее кавитацией, или до 5,5 - нагревом.

На фиг. 1 представлен график изменения pH дистиллированной и пресной воды в зависимости от времени действия кавитации.

На фиг. 2 представлен график зависимости pH воды от ее температуры.

На фиг. 3 представлена технологическая схема установки для реализации способа очистки почвы от углеводородов.

Предлагаемый способ очистки почвы от углеводородов осуществляется следующим образом.

Вследствие действия кавитации молекулы воды диссоциируют на ионы H⁺ и ОН^-. Ионы H⁺ частично покидают жидкую фазу, а ионы ОН^- накапливаются в последней, повышая pH воды. На фиг. 1 представлен график изменения pH дистиллированной воды и пресной воды, взятой из различных источников 2 и 3, в зависимости от времени действия кавитации. Вода с повышенным pH обладает большой поверхностной активностью и имеет высокие моющие свойства.

Такая вода при контакте с углеводородами
- разрушает вязкую поверхностную пленку углеводородов и интенсивно вымывает их из почвы;
- повышает динамику смешивания вымываемых углеводородов с собой и образует эмульсию, которая имеет небольшое гидравлическое и невысокое электрическое сопротивления.

Указанные свойства увеличивают под действием электроосмотического эффекта подвижность в почве образовавшейся жидкой системы (эмульсии), что, в конечном итоге, приводит к уменьшению напряжения между электродами до 60 В и затрат электроэнергии и, как следствие, к повышению эффективности способа очистки почвы от углеводородов.

При нагреве воды снижается ее pH и в связи с этим увеличивается ее электропроводность. На фиг. 2 представлен график зависимости pH воды от ее температуры. С понижением pH воды повышается растворимость в ней углеводородов.

Такая вода при контакте с углеводородами
- уменьшает их поверхностное натяжение и вязкость;
- образует подвижную электропроводную эмульсию.

Указанные свойства интенсифицируют совместное движение воды с углеводородами в почве под действием электроосмотического эффекта от центрального электрода к периферийным, что, как следствие, приводит к снижению напряжения между электродами до 60 В и уменьшению затрат электроэнергии и увеличивает эффективность способа очистки почвы от углеводородов.

Предлагаемый способ очистки почвы от углеводородов по своей интенсивности аналогичен способам очистки почвы с помощью химических реагентов типа ПАВ с pH 9 и кислот pH 5,5.

Однако данный способ экологически чист, не требует дополнительных затрат на химические реагенты и на их нейтрализацию.

По сравнению с прототипом данный способ эффективнее прототипа по энергозатратам в 6-7 раз.

Способ может быть реализован с помощью установки, изображенной на фиг. 3. Установка состоит из погружаемых в почву на очищаемом участке 1 центрального 2 и периферийных 3 электродов, форсунки 4 для подачи воды, насоса 5, служащего для удаления из периферийных электродов воды с углеводородами, сепаратора 6, служащего для разделения воды и углеводородов, емкости 7 с соплом Вентури 8 и нагревателем 9, насоса 10 для нагнетания воды в форсунки 4 и сопло Вентури 8. Сепаратор 6 и емкость 7 соединены трубопроводом по воде с обратным клапаном 11. Емкость 7 дополнительно соединена с форсункой 4 высоконапорным трубопроводом 12 подачи воды с pH 5,5.

Пример выполнения способа. Воду с температурой 17^oC, имеющую pH 7,4, подают насосом 10 из емкости 7 в сопло Вентури 8 со скоростью 30 м/с. Давление воды, протекающей по диффузору сопла Вентури 8, снижается до величины 2•10³ Па. При этом происходит кавитация воды. Кавитированная жидкость поступает вновь в емкость 7. Обработка таким образом кавитацией воды ведется на протяжении 520 сек, после чего вода в емкости имеет pH 9. Полученную поверхностно активную воду насосом 10 подают через форсунку 4 в область, примыкающую к центральному электроду 2. Между центральным и периферийными электродами создают градиент напряжения 60 В. Поверхностно-активная вода с pH 9 под действием электроосмотического эффекта перемещается от центрального электрода 2 к периферийным 3. При этом она контактирует с углеводородами, загрязняющими почву, разрушает их поверхностную пленку и интенсивно вымывает их из почвы. Поверхностно-активная вода с pH 9 с углеводородами образует эмульсию, которая поступает в периферийные электроды 3, откуда она удаляется насосом 5 и подается в сепаратор 6. В сепараторе 6 эмульсию разделяют на воду, располагающуюся внизу, и углеводороды, располагающиеся вверху сепаратора 6. Отделившаяся вода поступает в емкость 7 через обратный клапан 11. Отделившиеся углеводороды направляются в накопительные цистерны.

Описанный цикл повторяется до полного удаления углеводородов из почвы. Процесс очистки почвы поверхностно-активной водой, полученной с помощью кавитации, энергетически выгоден при температурах почвы выше 0^oC.

В случае очистки почвы с температурой ниже 0^oC от углеводородов данным способом применяется вода с pH 5,5, которая получается при нагреве до 240^oC в емкости 7 с помощью нагревателя 9. При нагреве воды в емкости 7 поднимается давление до 3,5 МПа. Под этим давлением вода с pH 5,5 подается, минуя насос 10, по трубопроводу 12 через форсунку 4 на обрабатываемый участок 1. Дальнейший процесс очистки почвы от углеводородов выполняется аналогично процессу, описанному выше.

Способ очистки почвы от углеводородов относится к способам очистки почвы от нефти, газового конденсата, машинного масла, бензина и пр. В почву на очищаемом участке погружают центральный и периферийные электроды, создают между ними градиент напряжения, в область, примыкающую к центральному электроду, подают не загрязняющую жидкость-носитель, перемещают ее под действием электроосмотического эффекта от центрального электрода к периферийным, вытесняют из почвы жидкостью-носителем углеводороды и удаляют их из периферийных электродов. В качестве жидкости-носителя используют воду с рН, равной 9, полученной воздействием на нее кавитации, или с рН 5,5, полученную нагревом. Возможно использование воды, добываемой из пласта при разработке месторождений нефти и газа. Технический эффект - повышение эффективности очистки почвы путем ускорения перемещения жидкости-носителя и снижения градиента напряжения на электродах. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ очистки почвы от углеводородов, включающий погружение в почву на очищаемом участке центрального и периферийных электродов, создание между центральным и периферийными электродами градиента напряжения, подачу в область, примыкающую к центральному электроду, не загрязняющей жидкости-носителя, перемещение жидкости-носителя под действием электроосмотического эффекта от центрального электрода к периферийным, вытеснение из почвы жидкостью-носителем углеводородов и удаление их из периферийных электродов, отличающийся тем, что в качестве жидкости-носителя используют воду со значением рН, равным 9, полученную воздействием на нее кавитации, или воду со значением рН, равным 5,5, полученную в результате ее нагрева. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют воду, добываемую из пласта при разработке месторождений нефти и газа.