СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ ГРУНТА ПОРТОВЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ Российский патент 1999 года по МПК E02B15/04 B09C1/00 

Изобретение относится к обеспечению необходимого уровня охраны окружающей среды на акватории порта, а именно к способам очистки грунта портовых гидротехнических сооружений от нефтепродуктов, попадающих в период их эксплуатации в грунтовый массив из-за протечек нефтеподающих трубопроводов и локальных разливов нефтепродуктов при погрузке судов.

Известен способ очистки загрязненного нефтью или нефтепродуктом грунта путем вымывания их водой и последующего их сбора, в котором перед вымыванием нефти или нефтепродукта в массиве грунта по контуру его загрязнения от уровня водоносного слоя намораживают льдо-грунтовую стенку с обваловкой на поверхности, при этом вымывание нефти или нефтепродукта ведут закачкой воды в подстилающий водоносный слой через нагнетательные скважины до поднятия уровня вод с нефтью или нефтепродуктом до дневной поверхности (RU, патент N 2071671, кл. B 09 C 1/00, E 01 H 12/00, E 02 B 15/04, E 02 D 31/00. Опубл. 10.01.97).

Недостатком данного способа является то, что при вымывании нефти или нефтепродукта водой путем ее закачки в подстилающий водоносный слой через нагнетательные скважины с поднятием уровня вод с нефтью или нефтепродуктом до дневной поверхности не обеспечивается необходимая степень очистки массива грунта от указанных загрязнений, поскольку при таком способе происходит удаление из массива грунта лишь легковымываемых водой фракций нефтяных загрязнений. При этом в массиве грунта остаются миграционноинертные и достаточно надежно удерживаемые грунтом асфальтово-смолистые фракции. Такой способ очистки применим лишь для уменьшения первичной сильной загрязненности грунтовых массивов.

Кроме того, намораживание перед вымыванием нефти или нефтепродукта льдо-грунтовой стенки в массиве грунта по контуру его загрязнения связано с понижением температуры прилегающего к льдо-грунтовой стенке объема грунтового массива, что отрицательно сказывается на эффективности его очистки от нефти и нефтепродуктов, поскольку при понижении температуры грунта увеличивается вязкость указанных нефтезагрязнений. В результате этого скорость их перехода в водную фазу существенно замедляется. При этом и без того миграционноинертные асфальтово-смолистые фракции становятся еще менее подвижными и еще более надежно удерживаются грунтом.

Наиболее близким является способ сбора и отвода нефтепродуктов с поверхности грунтовых вод с помощью вертикальных скважин, оборудованных насосами, в котором скважины располагают в центральной части зоны загрязнений нефтепродуктами по внешнему и внутреннему замкнутым контурам, причем скважины внешнего контура устраивают на большую глубину, чем скважины внутреннего контура, а сбор нефтепродуктов производят из центра сформировавшейся воронки депрессии скважинами внутреннего контура (SU, авторское свидетельство N 1772315, кл. E 02 B 11/00. Опубл. 30.10.92).

Недостатком данного способа является то, что такой способ не обеспечивает необходимой степени очистки грунта от нефтепродуктов, поскольку с помощью вертикальных скважин, оборудованных насосами, осуществляется сбор и отвод только растворенных в воде нефтепродуктов, а также свободных нефтепродуктов, при этом в массиве грунта остаются миграционно инертные и достаточно надежно удерживаемые грунтом асфальтово-смолистые фракции.

В основу изобретения положена задача создания способа очистки от нефтепродуктов ненарушенного массива грунта портовых гидротехнических сооружений без вывода их из эксплуатации, обеспечивающего сбор и отвод не только растворенных в воде и легкоудаляемых из массива грунта фракций нефтепродуктов, но и миграционно инертных, надежно удерживаемых грунтом фракций нефтепродуктов, переведя их в активное жидкотекучее и легкоудаляемое из грунта состояние, что позволит повысить эффективность очистки от нефтепродуктов грунта портовых гидротехнических сооружений и предотвратить загрязнение акватории порта нефтепродуктами.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе очистки от нефтепродуктов грунта портовых гидротехнических сооружений, имеющих шпунтовую стенку, путем сбора и отвода нефтепродуктов с помощью вертикальных скважин, оборудованных насосами, вертикальные скважины размещают по крайней мере в прикордонной зоне гидротехнического сооружения с шагом в ряду, величина которого составляет 17-26 диаметров вертикальных скважин, при этом в эту зону подают острый пар посредством горизонтально или наклонно размещенных дренажно-паровых игл, установленных ниже уровня водоносного слоя через отверстия в шпунтовой стенке гидротехнического сооружения с использованием герметично соединенной с ней камеры.

Выполненные в прикордонной зоне гидротехнического сооружения вертикальные скважины могут размещаться в шахматном порядке.

В зоне размещения вертикальных скважин в массив грунта могут устанавливаться вертикальные перфорированные паровые иглы для дополнительной подачи острого пара.

Через горизонтально или наклонно размещенные дренажно-паровые иглы может осуществляться подача химического моющего средства, чередующаяся с подачей в них острого пара.

Через вертикально установленные перфорированные паровые иглы может осуществляться подача химического моющего средства, чередующаяся с подачей в них острого пара.

После подачи острого пара через горизонтально или наклонно размещенные дренажно-паровые иглы может осуществляться подача сжатого воздуха.

Подача острого пара через горизонтально или наклонно размещенные дренажно-паровые иглы может чередоваться с подачей в них сжатого воздуха.

После подачи острого пара через вертикально установленные перфорированные паровые иглы может осуществляется подача сжатого воздуха.

Подача острого пара через вертикально установленные перфорированные паровые иглы может чередоваться с подачей в них сжатого воздуха.

После отвода нефтепродуктов насосами из вертикальных скважин может производиться дополнительный сбор нефтепродуктов с водной поверхности в вертикальных скважинах, причем сбор нефтепродуктов осуществляется сорбцией.

Размещение оборудованных насосами вертикальных скважин для сбора и отвода нефтепродуктов по крайней мере в прикордонной зоне гидротехнического сооружения с шагом в ряду, величина которого составляет 17-26 диаметров вертикальных скважин, и при этом подача в эту зону острого пара посредством горизонтально или наклонно размещенных дренажно-паровых игл, установленных ниже уровня водоносного слоя через отверстия в шпунтовой стенке гидротехнического сооружения с использованием герметично соединенной с ней камеры, позволяет без вывода из эксплуатации портового гидротехнического сооружения произвести очистку от нефтепродуктов ненарушенного массива грунта путем сбора и отвода не только растворенных в воде и легкоудаляемых из массива грунта фракций нефтепродуктов, но и миграционно инертных, надежно удерживаемых грунтом фракций нефтепродуктов, переведя их в активное жидкотекучее и легкоудаляемое из грунта состояние. Это позволяет повысить эффективность очистки от нефтепродуктов грунта портовых гидротехнических сооружений и предотвратить загрязнение акватории порта нефтепродуктами.

Подача острого пара посредством установленных ниже уровня водоносного слоя, горизонтально или наклонно размещенных дренажно-паровых игл обеспечивает прогрев массива грунта и разжижение содержащихся в нем нефтепродуктов, что и позволяет перевести все фракции нефтепродуктов в активное жидкотекучее, легкоудаляемое из грунта состояние. При этом установка дренажно-паровых игл ниже уровня водоносного слоя и их горизонтальное или наклонное размещение позволяет осуществлять подачу острого пара в толщу грунта ниже фронта (уровня) максимальных концентраций нефтепродуктов, что обеспечивает разжижение имеющихся в грунтовом массиве нефтепродуктов в полном их объеме.

Шаг размещения вертикальных скважин в ряду, величина которого составляет 17 - 26 диаметров вертикальных скважин, определяется, исходя из зоны (радиуса) эффективного сбора разжиженных острым паром нефтепродуктов каждой вертикальной скважиной, учета размещения силовых элементов портового гидротехнического сооружения и условий обеспечения прочности верхнего покрытия и надежности гидротехнического сооружения в целом.

При этом размещение вертикальных скважин с шагом, величина которого менее 17 диаметров вертикальных скважин, приводит к неоправданному с точки зрения технологии очистки чрезмерному сближению в ряду соседних вертикальных скважин друг к другу, что может отразиться на прочности верхнего покрытия прикордонной части гидротехнического сооружения и вызвать его деформацию из-за нарушения его целостности, а учитывая, что прикордонная часть портового гидротехнического сооружения несет повышенную нагрузку при эксплуатации гидротехнического сооружения, это может привести к снижению надежности гидротехнического сооружения в целом. Кроме того, при таком шаге размещения вертикальных скважин возможно повреждение силовых элементов портового гидротехнического сооружения при бурении указанных скважин.

При шаге размещения вертикальных скважин более 26 диаметров вертикальных скважин между зонами эффективного сбора разжиженных острым паром нефтепродуктов соседних вертикальных скважин остаются участки грунтового массива, неохваченные указанными зонами. Это снижает эффективность сбора и отвода нефтепродуктов, а следовательно, и эффективность очистки грунта от нефтепродуктов. Кроме того, при таком шаге размещения вертикальных скважин также возможно повреждение силовых элементов портового гидротехнического сооружения при бурении указанных скважин.

Размещение оборудованных насосами вертикальных скважин для сбора и отвода нефтепродуктов в прикордонной зоне гидротехнического сооружения и подача в эту зону острого пара обеспечивает очистку от нефтепродуктов грунтового массива прикордонной зоны гидротехнического сооружения, создавая тем самым преграду из очищаемого грунтового массива на пути проникновения нефтепродуктов из центральной части гидротехнического сооружения на акваторию порта, что предотвращает ее загрязнение нефтепродуктами.

Размещение в шахматном порядке выполненных в прикордонной зоне гидротехнического сооружения вертикальных скважин способствует более эффективному сбору нефтепродуктов в составе водной фазы, поступающей в процессе прогрева острым паром нефтезагрязненного грунтового массива, поскольку в этом случае по ширине прикордонной зоны гидротехнического сооружения формируется более плотная зона сбора нефтепродуктов.

Дополнительная подача острого пара в зону размещения вертикальных скважин через вертикально установленные в грунтовый массив перфорированные паровые иглы позволяет интенсифицировать процесс прогрева острым паром нефтезагрязненного грунтового массива и разжижения содержащихся в нем нефтепродуктов. Подача острого пара через вертикально установленные в грунт перфорированные паровые иглы в сочетании в подачей острого пара через установленные ниже фронта максимальных концентраций нефтепродуктов, горизонтально или наклонно размещенные дренажно-паровые иглы значительно сокращает время, необходимое для прогрева очищаемого нефтезагрязненного грунтового массива и разжижения содержащихся в нем нефтепродуктов в полном их объеме, поскольку при этом горизонтально или наклонно размещенные дренажно-паровые иглы обеспечивают восходящие потоки острого пара, пронизывающие нефтезагрязненный грунтовый массив снизу вверх, а вертикально установленные перфорированные паровые иглы обеспечивают радиально направленные, горизонтальные потоки острого пара непосредственно в толще нефтезагрязненного грунтового массива, создавая тем самым взаимно перпендикулярные потоки, пронизывающие весь объем очищаемого грунтового массива.

Подача через горизонтально или наклонно размещенные дренажно-паровые или вертикально установленные перфорированные паровые иглы химического моющего средства, чередующаяся с подачей в них острого пара, позволяет интенсифицировать процесс очистки грунтового массива от нефтепродуктов, например, при очистке сильно загрязненных нефтепродуктами грунтовых массивов.

Подача сжатого воздуха после подачи острого пара или чередование подачи острого пара с подачей сжатого воздуха способствуют увеличению прогреваемого острым паром объема грунтового массива, обеспечивая тем самым разжижение содержащихся в грунтовом массиве нефтепродуктов в значительно большем его объеме.

Производимый после отвода нефтепродуктов насосами из вертикальных скважин и осуществляемый сорбцией дополнительный сбор нефтепродуктов с водной поверхности в вертикальных скважинах проводится для удаления с указанной поверхности пленочных нефтепродуктов. Это обеспечивает достижение заданных (допустимых) значений остаточной концентрации нефтепродуктов в обрабатываемом грунтовом массиве.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 показана технологическая схема очистки от нефтепродуктов грунта портового гидротехнического сооружения, вид в плане; на фиг. 2 - то же, разрез.

Способ очистки от нефтепродуктов грунта портовых гидротехнических сооружений осуществляется следующим образом.

Загрязненный из-за протечек нефтеподающих трубопроводов и локальных разливов нефтепродуктов при погрузке судов и подлежащий очистке грунтовый массив портового гидротехнического сооружения разбивается на участки. Размеры каждого участка по длине определяются длиной, используемой при проведении очистных работ, герметично соединенной со шпунтовой стенкой 1 гидротехнического сооружения камеры 2 (гермокамеры). Так, например, при длине гермокамеры 13,02 м длина участка составляет 8-12 м. Ширина каждого участка зависит от конструктивных особенностей верхнего строения гидротехнического сооружения. В качестве гермокамеры 2 используется устройство для ремонта подводных частей гидротехнического сооружения (RU, патент N 2098546, кл. E 02 B 1/00. Опубл. 10.12.97. Бюл. N 34), представляющее собой рабочую камеру в виде сборного секционного каркаса с несущей рабочей площадкой и с креплениями в виде кронштейнов. В рабочей камере имеется приспособление для отвода воды. Крепление устройства к шпунтовой стенке гидротехнического сооружения осуществляется посредством рамы-шаблона, закрепляемой болтами к шпунтовой стенке и стойками к верхнему строению гидротехнического сооружения. Сборный секционный каркас помимо рабочей камеры снабжен еще двумя имеющими патрубки отсеками, заполняемыми водой для увеличения прижатия устройства к раме-шаблону.

На каждом подлежащем очистке участке производится бурение вертикальных скважин 3 с установкой обсадных перфорированных труб, снабженных сетчатым фильтром 4. Количество вертикальных скважин 3 на одном участке зависит от диаметра скважин, шага их размещения в ряду, количества рядов, а также длины участка. Так, например, при диаметре скважин 159 мм, шаге их размещения в ряду 3360 мм, при размещении скважин в два ряда в шахматном порядке и длине участка 11 м количество скважин составляет 7 штук. Вертикальные скважины 3 оборудуются центробежными насосами 5 из расчета один насос на 3 - 4 скважины. Центробежные насосы 5 с помощью напорных рукавов 6 соединяются со сливным коллектором. Всасывающие клапаны 7 центробежных насосов 5 устанавливаются в скважинах 3 на отметке минус 1,5-2,0 м.

Для установки дренажно-паровых игл 8, осуществляющих подачу острого пара в грунтовый массив ниже уровня водоносного слоя, к шпунтовой стенке гидротехнического сооружения крепится гермокамера 2. После установки гермокамеры 2 в шпунтовой стенке 1 гидротехнического сооружения из гермокамеры 2 производится сверление отверстий диаметром 83-89 мм с помощью сверлильной машины и последующая установка в эти отверстия в грунтовый массив дренажно-паровых игл 8. Отверстия в шпунтовой стенке 1 в местах установки дренажно-паровых игл оборудуются сальниками. Установка в грунтовый массив дренажно-паровых игл осуществляется забивкой вручную или с использованием пневмоперфоратора. Длина дренажно-паровой иглы составляет 1,5 м, диаметр 48 - 50 мм. Количество дренажно-паровых игл на одном участке гидротехнического сооружения составляет 3 - 4 штуки. Дренажно-паровые иглы устанавливаются в грунтовый массив ниже уровня водоносного слоя на 1 -1,5 м.

После завершения очистных работ на одном участке гидротехнического сооружения производится расстыковка гермокамеры со шпунтовой стенкой гидротехнического сооружения и перестановка ее на новый подлежащий очистке участок.

Процесс очистки нефтезагрязненного грунта осуществляется путем отвода нефтепродуктов в составе водной фазы, поступающей при прогреве нефтезагрязненного грунта острым паром. Отвод водной фазы производится путем откачки последней из вертикальных скважин, устроенных в грунтовом массиве, с помощью центробежных насосов. Откачка загрязненной воды производится в сливной коллектор, далее в емкость-накопитель, а затем через расходомер с помощью перекачивающего насоса в систему ливневой канализации.

Прогрев нефтезагрязненного грунтового массива и разжижение содержащихся в нем нефтепродуктов осуществляется подачей острого пара с температурой 130 - 140^oC и давлением 1 - 2 атм в толщу грунтового массива через дренажно-паровые иглы 8.

Для интенсификации процесса прогрева острым паром нефтезагрязненного грунтового массива и разжижения содержащихся в нем нефтепродуктов в зону размещения вертикальных скважин осуществляется дополнительная подача острого пара через вертикально установленные в грунтовый массив перфорированные паровые иглы 9. Это позволяет в сочетании в подачей острого пара через горизонтально размещенные дренажно-паровые иглы 8 значительно сократить время, необходимое для прогрева очищаемого нефтезагрязненного грунтового массива и разжижения содержащихся в нем нефтепродуктов.

Для увеличения прогреваемого острым паром объема грунтового массива и обеспечения разжижения содержащихся в грунтовом массиве нефтепродуктов в значительно большем его объеме после подачи острого пара через дренажно-паровые иглы 8 или паровые иглы 9 осуществляется подача в них сжатого воздуха под давлением 2-3 атм либо осуществляется чередование подачи острого пара через дренажно-паровые иглы 8 или паровые иглы 9 с подачей в них сжатого воздуха.

С целью интенсификации процесса очистки, например при очистке сильно загрязненных нефтепродуктами грунтов, проводят очистку грунта от нефтепродуктов с использованием химического моющего средства на основе полиакриламидов, подаваемого через дренажно-паровые иглы 8, чередуя его подачу с подачей в них острого пара. Возможна также подача химического моющего средства через вертикально установленные перфорированные паровые иглы. В качестве такого химического моющего средства возможно, например, использование средства УБОН (Универсальный безотходный отмыватель нефтепродуктов) на основе натриевой соли полиакриловой кислоты.

После отвода нефтепродуктов центробежными насосами из вертикальных скважин возможно проведение дополнительного сбора пленочных нефтепродуктов с водной поверхности в вертикальных скважинах, при этом сбор нефтепродуктов осуществляют сорбцией. Это обеспечивает достижение заданных (допустимых) значений остаточной концентрации нефтепродуктов в обрабатываемом грунтовом массиве.

Удаление пленочных нефтепродуктов с водной поверхности в вертикальных скважинах осуществляется плоскими матами из сорбирующего материала, с последующим их подъемом и отжимом в накопительную емкость.

Сбор пленочных нефтепродуктов с водной поверхности в вертикальных скважинах может также производиться при помощи зондов, погружаемых в обсадные перфорированные трубы вертикальных скважин. При изменении уровня воды в зашпунтовом пространстве в связи с колебанием уровня акватории порта происходит перемещение слоя загрязненной нефтепродуктами воды вдоль вертикальной оси обсадной перфорированной трубы и абсорбирование нефтепродуктов препаратом, находящимся внутри корпуса зонда. В качестве такого препарата используется "Биосорбент-А", содержащий насыщенный микроорганизмами абсорбент и являющийся эффективным средством очистки от нефтезагрязнений. Эффективными и безвредными абсорбентами из природных ископаемых являются алюмосиликаты, например вспененный вермикулит. В качестве биопродукта используются микроорганизмы, живущие в море и обеспечивающие в естественных условиях самоочищение воды при незначительных загрязнениях. По мере отработки биозонд поднимается из скважины. Насыщенный нефтепродуктом препарат извлекается и утилизируется, а корпус зонда наполняется свежей порцией "Биосорбента-А" и снова погружается в скважину. Процесс очистки повторяется до достижения необходимой концентрации нефтепродуктов.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды на акватории порта и предназначено для очистки грунта портовых гидротехнических сооружений от нефтепродуктов, попадающих в период их эксплуатации в грунтовый массив из-за протечек нефтеподающих трубопроводов и локальных разливов нефтепродуктов при погрузке судов. При очистке от нефтепродуктов грунта портовых гидротехнических сооружений, имеющих шпунтовую стенку, путем сбора и отвода нефтепродуктов с помощью вертикальных скважин, оборудованных насосами, вертикальные скважины размещают по крайней мере в прикордонной зоне гидротехнического сооружения с шагом в ряду, величина которого составляет 17-26 диаметров вертикальных скважин. В эту зону подают острый пар посредством горизонтально или наклонно размещенных дренажно-паровых игл, установленных ниже уровня водоносного слоя через отверстия в шпунтовой стенке гидротехнического сооружения с использованием герметично соединенной с ней камеры. Техническим результатом является повышение эффективности очистки от нефтепродуктов грунта портовых гидротехнических сооружений и предотвращение загрязнения акватории порта нефтепродуктами. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ очистки от нефтепродуктов грунта портовых гидротехнических сооружений, имеющих шпунтовую стенку, путем сбора и отвода нефтепродуктов с помощью вертикальных скважин, оборудованных насосами, отличающийся тем, что вертикальные скважины размещают по крайней мере в прикордонной зоне гидротехнического сооружения с шагом в ряду, величина которого составляет 17 - 26 диаметров вертикальных скважин, при этом в эту зону подают острый пар посредством горизонтально или наклонно размещенных дренажно-паровых игл, установленных ниже уровня водоносного слоя через отверстия в шпунтовой стенке гидротехнического сооружения с использованием герметично соединенной с ней камеры. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выполненные в прикордонной зоне гидротехнического сооружения вертикальные скважины размещают в шахматном порядке. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне размещения вертикальных скважин в массив грунта устанавливают вертикальные перфорированные паровые иглы для дополнительной подачи острого пара. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что через горизонтально или наклонно размещенные дренажно-паровые иглы осуществляют подачу химического моющего средства, чередуя ее с подачей острого пара. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что через вертикально установленные перфорированные паровые иглы осуществляют подачу химического моющего средства, чередуя ее с подачей острого пара. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после подачи острого пара через горизонтально или наклонно размещенные дренажно-паровые иглы осуществляют подачу сжатого воздуха. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу острого пара через горизонтально или наклонно размещенные дренажно-паровые иглы чередуют с подачей в них сжатого воздуха. 8. Способ по п.3, отличающийся тем, что после подачи острого пара через вертикально установленные перфорированные паровые иглы осуществляют подачу сжатого воздуха. 9. Способ по п.3, отличающийся тем, что подачу острого пара через вертикально установленные перфорированные паровые иглы чередуют с подачей в них сжатого воздуха. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после отвода нефтепродуктов насосами из вертикальных скважин производят дополнительный сбор нефтепродуктов с водной поверхности в вертикальных скважинах, причем сбор нефтепродуктов осуществляют сорбцией.