СПОСОБ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННОГО НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ ГРУНТА Российский патент 2012 года по МПК B09C1/02 

Изобретение относится к очистке грунтов от нефтезагрязнений и может быть использовано для очистки грунтов с различными типами нефтезагрязнений и сроками нахождения загрязнителей в окружающей среде на любых объектах.

Известен способ очистки грунта, загрязненного нефтью или нефтепродуктом, путем вымывания водой, сбор нефти или нефтепродукта, при котором перед вымыванием нефти или нефтепродукта в массиве грунта по контуру его загрязнения от уровня водоносного слоя намораживают льдогрунтовую стенку с обваловкой на поверхности, при этом вымывание нефти или нефтепродукта ведут закачкой воды в подстилающий водоносный слой через нагнетательные скважины до поднятия уровня грунтовых вод с нефтью или нефтепродуктами до дневной поверхности (Патент на изобретение RU 2071671 B09C 1/00, 10.01.1997).

Недостатком способа является низкая эффективность очистки грунта от нефтезагрязнений водой.

Также известен способ очистки почвы от нефтезагрязнений, который предусматривает периодическое внесение в почву суспензии микроорганизмов, содержащей дополнительно питательные вещества в виде аммонийных, калийных и фосфорных солей. В качестве микроорганизмов используют, по меньшей мере, один нефтеусваивающий вид или штамм микромицетов, выбранных из родов Penicillium, Mucor, Aspergillus, Trichoderrma (Патент на изобретение RU 2049739 C02F 3/34, 10.12.1995).

Недостатком способа являются его длительность, процесс занимает несколько сезонов, и недостаточная технологичность из-за необходимости запашки культуры в почву, периодических подкормок растворами удобрений; ограничения по глубине обработке, температуре почвы.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предложенному изобретению является способ очистки загрязненного нефтью и нефтепродуктами грунта, включающий отмывку грунта от нефтезагрязнения в моющей жидкости, использование воды и химического реагента для ее приготовления, смешение моющей жидкости с очищаемым грунтом, перемешивание образующейся суспензии, ее отстаивание, удаление с поверхности отстоянной суспензии всплывающего нефтезагрязнения и выделение продукта очистки загрязненного грунта посредством слива отработанной моющей жидкости (Патент на изобретение RU 2184626 B09C 1/02, 10.07.2002).

Существенным недостатком прототипа является необходимость дополнительной промывки водой продукта очистки загрязненного грунта, образующегося в результате оседания очищаемого грунта в отработанной моющей жидкости. Сточная вода, которая возникает при дополнительной промывке в количестве 15-20% от исходного объема моющей жидкости, согласно описанию патента на изобретение RU 2184626, по сути, представляет собой разбавленную водой отработанную моющую жидкость, в роли которой выступает осветленный отстаиванием раствор кальцинированной соды (Na₂CO₃). Регенерация разбавленного раствора кальцинированной соды для повторного использования в заявленном авторами патента на изобретение RU 2184626 замкнутом цикле отмывки грунта от нефтезагрязнения невозможна без использования дорогостоящей и неустойчиво работающей в названных условиях опреснительной техники. Другой недостаток известного технического решения заключается в повышенном удельном расходе моющего средства на очистку грунта от нефтезагрязнения, который по данным описания прототипа составляет 40-150 г на 1 кг грунта. Повышенный удельный расход моющего средства обусловлен его разрушением в водной среде вследствие протекания химической реакции разложения пероксокарбоната натрия по схеме:

Na₂CO₃·1,5Н₂O₂→Na₂CO₃+1,5H₂O₂

2H₂O₂→2H₂O+O₂

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в снижении удельного расхода моющего средства на очистку грунта от нефтезагрязнения и упрощении процесса.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе очистки загрязненного нефтью и нефтепродуктами грунта, включающем отмывку грунта от нефтезагрязнения в моющей жидкости, использование воды и химического реагента для ее приготовления, смешение моющей жидкости с очищаемым грунтом, перемешивание образующейся суспензии, ее отстаивание, удаление с поверхности отстоянной суспензии всплывающего нефтезагрязнения и выделение продукта очистки загрязненного грунта посредством слива отработанной моющей жидкости, моющую жидкость в каждом следующем цикле отмывки грунта приготавливают из сливаемой отработанной моющей жидкости, для чего в нее вводят недостающее количество воды и химического реагента относительно их первоначального содержания, при этом в качестве химического реагента используют техническую смесь полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов, а после смешения моющей жидкости с очищаемым грунтом образующуюся суспензию подвергают при перемешивании воздействию микроволнового излучения и последующему отстаиванию, затем после удаления с поверхности отстоянной суспензии всплывающего нефтезагрязнения и последующего слива отработанной моющей жидкости выделяемый продукт очистки загрязненного грунта смешивают с нормативно чистым грунтом в соотношении, обеспечивающем предельно допустимую концентрацию нефтезагрязнения в очищаемом от нефти и нефтезагрязнения грунте.

Из существующего уровня развития техники неизвестно техническое решение, включающее в свой состав прием регенерации отстаиванием моющей жидкости на основе технической смеси полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов, подвергаемой предварительному воздействию поля микроволнового излучения.

В технике известен прием очистки твердой поверхности комплектующих деталей транспортных средств от маслогрязевых отложений осветленным отработанным раствором моющего средства на основе полиоксиэтилированных алкилфенолов, в который вводят недостающие количества воды и моющего средства. При этом для усиления моющего эффекта отработанный раствор моющего средства на основе технической смеси полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов подвергают воздействию упругих колебаний струйно-кавитационного поля, создаваемого источником ультразвукового излучения в водной среде (Патент на изобретение RU 2337133 C11D 1/66, 27.10.2008).

Как показали лабораторные опыты, применение известного приема очистки твердой поверхности от маслогрязевых отложений осветленным отработанным раствором моющего средства на основе полиоксиэтилированных алкилфенолов, активированным под воздействием упругих колебаний струйно-кавитационного поля, создаваемого источником ультразвукового излучения в водной среде по новому назначению, для очистки грунта от нефтезагрязнения недостаточно эффективно. Оно сопровождается монотонным от цикла к циклу ухудшением степени его очистки от нефтезагрязнения. По-видимому, это связано с эффектом накопления в так называемом «депо» ПАВ моющей жидкости удаляемого из состава грунта нефтезагрязнения. Неизвестный же ранее прием воздействия микроволнового излучения на перемешиваемую суспензию очищаемого грунта в моющей жидкости, при прочих равных условиях, обеспечивает эффективную регенерацию отстаиванием отработанной моющей жидкости от удаляемого из состава грунта нефтезагрязнения.

Установленный в лабораторных условиях неизвестный ранее эффект разрушения под воздействием поля микроволнового излучения «депо» ПАВ, удерживающего нефтезагрязнение от всплытия при осуществлении известного технического решения по новому назначению, вероятно, обусловлен поляризацией неионогенных функциональных групп макромолекул полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов. В результате такого воздействия они начинают колебаться с частотой поля токов сверхвысокой частоты микроволнового излучения, способствуя высвобождению микрокапель нефтезагрязнения из депо ПАВ, образованного этими молекулами, их коалесценции и всплытию на поверхность моющего раствора.

Что касается приема промывки свежей водой очищенного от нефтезагрязнения грунта для удаления содержащегося в поровом пространстве химического реагента из состава моющей жидкости, то в предлагаемом способе отпадает необходимость его использования, что упрощает весь процесс очистки грунта в целом. Это связано с природой используемой в качестве химического реагента по предлагаемому способу технической смеси полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов, которая по данным ТУ 2483-077-05766801-98 относится к биологически разлагаемым химическим соединениям. Одним из квалифицированных ее назначений является защита и регулирование роста растений в сельском хозяйстве.

Пример 1. Берут навеску образца почвы 15 г в воздушно-сухом состоянии с содержанием нефтепродуктов 4,82 г/кг, помещают ее во фторопластовый стакан микроволновой системы пробоподготовки МС-6 емкостью 100 мл. Затем к содержимому стакана приливают 75 мл моющей жидкости, содержащей 0,5% моющего средства Ремос, изготовленного на основе технической смеси полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов согласно ТУ 2381-001-03533984-00, «Средства моющие на основе синтетических поверхностно-активных веществ». Фторопластовый стакан со всем содержимым герметично закрывают и помещают в контейнерный блок микроволновой печи системы пробоподготовки МС-6. Корпус печи закрывают, на выносном блоке управления задают значение мощности 100 Вт и включают ее в работу. Через 20 минут печь выключают, извлекают стакан из контейнерного блока, пробе дают отстояться и после достижения комнатной температуры извлекают пипеткой из верхнего слоя отработанную моющую жидкость в количестве 1 мл для удаления всплывшего нефтезагрязнения. Затем аккуратно, не взбалтывая содержимое пробы, сливают осветленный отработанный раствор моющей жидкости в количестве 64 мл. После этого берут навеску загрязненного образца почвы 15 г в воздушно-сухом состоянии с содержанием нефтепродуктов 4,82 г/кг и помещают во фторопластовый стакан микроволновой системы пробоподготовки МС-6 емкостью 100 мл. К полученному содержимому стакана приливают 64 мл осветленной отработанной моющей жидкости и 11 мл свежей моющей жидкости, содержащей 0,5% моющего средства Ремос. Фторопластовый стакан со всем содержимым герметично закрывают и помещают в контейнерный блок микроволновой печи системы пробоподготовки МС-6. Корпус печи закрывают, на выносном блоке управления задают значение мощности 100 Вт и включают ее в работу. Через 20 минут печь выключают, извлекают стакан из контейнерного блока, пробе дают отстояться и после достижения комнатной температуры извлекают пипеткой из верхнего слоя отработанную моющую жидкость в количестве 1 мл для удаления всплывшего нефтезагрязнения. Затем аккуратно, не взбалтывая содержимое пробы, сливают осветленный отработанный раствор моющей жидкости в количестве 64 мл. Оставшийся продукт очистки загрязненного грунта при комнатной температуре высушивают до воздушно-сухого состояния и определяют в нем содержание нефтепродуктов, которое составляет 1,76 г/кг. Берут 5,68 г полученного воздушно-сухого образца с содержанием нефтепродуктов 1,76 г/кг и смешивают с 4,32 г воздушно-сухого образца, не содержащего нефтепродуктов, получают 10 г образца с содержанием нефтепродуктов 1,0 г/кг, отвечающего нормируемому значению в почве Московского региона. Из расчета потерь 11 мл моющей жидкости, содержащей 0,5% моющего средства Ремос, на очистку 15 г грунта определяют удельный расход моющего средства на очистку грунта от нефтезагрязнения, который составляет 3,7 г на 1 кг грунта.

Пример 2. Согласно примеру 1 проводят 4 цикла очистки исходных образцов грунта с содержанием нефтепродуктов 4,82 г/кг, в каждом из которых используют осветленную отработанную моющую жидкость в количестве 64 мл от предыдущего цикла и 11 мл свежеприготовленной моющей жидкости, содержащей 0,5% моющего средства Ремос. В отличие от примера 1, фторопластовый стакан со всем содержимым помещают в ультразвуковую ванну «Сапфир» (УЗВ-1), в которой содержимое перед отстаиванием перемешивают упругими колебаниями струйно-кавитационного поля при температуре 45°С и неизменной мощности ультразвуковой обработки, свойственной конструктивным особенностям используемой ультразвуковой ванны УЗВ-1 [частота 100 Гц, интенсивность 0,03 Вт/см²).

Продукт очистки загрязненного грунта, полученный после отстаивания обработанного ультразвуком образца, высушивают при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния и определяют в нем содержание нефтепродуктов, которое составляет после первого, второго, третьего и четвертого цикла очистки 1,46 г/кг, 2,04 г/кг, 2,34 г/кг и 2,89 г/кг соответственно.

Пример 3. Согласно примеру 1 проводят последовательно 25 циклов очистки, в каждом из которых используют исходный образец грунта с содержанием нефтепродуктов 4,82 г/кг и осветленную отработанную моющую жидкость в количестве 64 мл от предыдущего цикла и 11 мл свежеприготовленной моющей жидкости, содержащей 0,5% моющего средства Ремос. Изменения величины удельного расхода моющего средства на очистку грунта от нефтезагрязнения и существенного ухудшения других вышеприведенных показателей не наблюдают.

Сравнительные характеристики предлагаемого и известного (прототипа) способов очистки грунта от нефтезагрязнения представлены в таблице.

Таблица Сравнительные характеристики предлагаемого и известного способов очистки грунта от нефтезагрязнения Показатели, характеризующие способы Предлагаемый Известный Удельный расход моющего средства на очистку грунта от нефтезагрязнения, г/кг 3,7 40-150 Удельный расход сточных вод на единицу объема моющего раствора, % 0 15-20

Представленные в таблице данные свидетельствуют о существенном снижении удельного расхода моющего средства на очистку грунта от нефтезагрязнения до 3,7 г/кг предлагаемым способом относительно 40-150 г/кг, затрачиваемых в известном. Кроме того, из представленных в таблице данных видно, что предлагаемый способ в отличие от известного позволяет полностью исключить сброс сточных вод, образующихся при промывке свежей водой очищенного от нефтезагрязнения грунта, согласно прототипу, для удаления содержащегося в поровом пространстве химического реагента из состава моющей жидкости.

Таким образом, не известная ранее последовательность операций по отмывке грунта от нефтезагрязнения в моющей жидкости с использованием воды и химического реагента для ее приготовления путем смешения моющей жидкости с очищаемым грунтом, перемешивания образующейся суспензии, ее отстаивания, удаления с поверхности отстоянной суспензии всплывающего нефтезагрязнения и выделения продукта очистки загрязненного грунта посредством слива отработанной моющей жидкости, заключающаяся в том, что моющую жидкость в каждом следующем цикле отмывки грунта приготавливают из сливаемой отработанной моющей жидкости, для чего в нее вводят недостающее количество воды и химического реагента относительно их первоначального содержания, при этом в качестве химического реагента используют техническую смесь полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов, а после смешения моющей жидкости с очищаемым грунтом образующуюся суспензию подвергают при перемешивании воздействию микроволнового излучения и последующему отстаиванию, затем после удаления с поверхности отстоянной суспензии всплывающего нефтезагрязнения и последующего слива отработанной моющей жидкости выделяемый продукт очистки загрязненного грунта смешивают с нормативно чистым грунтом в соотношении, обеспечивающем предельно допустимую концентрацию нефтезагрязнения в очищаемом от нефти и нефтезагрязнения грунте, обеспечивает положительный результат, который состоит в снижении удельного расхода моющего средства на очистку грунта от нефтезагрязнения и упрощении процесса.

Изобретение может быть использовано для очистки грунтов с различными типами нефтезагрязнений и сроками нахождения загрязнителей в окружающей среде на любых объектах. Способ включает отмывку грунта от нефтезагрязнения в моющей жидкости, использование воды и химического реагента для ее приготовления, смешение моющей жидкости с очищаемым грунтом, перемешивание образующейся суспензии, ее отстаивание, удаление с поверхности отстоянной суспензии всплывающего нефтезагрязнения и выделение продукта очистки загрязненного грунта посредством слива отработанной моющей жидкости. Для осуществления способа моющую жидкость в каждом следующем цикле отмывки грунта приготавливают из сливаемой в предыдущем цикле отмывки отработанной моющей жидкости, для чего в нее вводят недостающее количество воды и химического реагента относительно их первоначального содержания. В качестве химического реагента используют техническую смесь полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов. После смешения моющей жидкости с очищаемым грунтом образующуюся суспензию подвергают при перемешивании воздействию микроволнового излучения и последующему отстаиванию. Затем после удаления с поверхности отстоянной суспензии всплывающего нефтезагрязнения и последующего слива отработанной моющей жидкости выделяемый продукт очистки загрязненного грунта смешивают с нормативно чистым грунтом в соотношении, обеспечивающем предельно допустимую концентрацию нефтезагрязнения в очищаемом от нефти и нефтезагрязнения грунте. Способ обеспечивает снижение удельного расхода моющего средства на очистку грунта от нефтезагрязнения и упрощение процесса. 1 табл.

Способ очистки загрязненного нефтью и нефтепродуктами грунта, включающий отмывку грунта от нефтезагрязнения в моющей жидкости, использование воды и химического реагента для ее приготовления, смешение моющей жидкости с очищаемым грунтом, перемешивание образующейся суспензии, ее отстаивание, удаление с поверхности отстоянной суспензии всплывающего нефтезагрязнения и выделение продукта очистки загрязненного грунта посредством слива отработанной моющей жидкости, отличающийся тем, что моющую жидкость в каждом следующем цикле отмывки грунта приготавливают из сливаемой отработанной моющей жидкости, для чего в нее вводят недостающее количество воды и химического реагента относительно их первоначального содержания, при этом в качестве химического реагента используют техническую смесь полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов, а после смешения моющей жидкости с очищаемым грунтом образующуюся суспензию подвергают при перемешивании воздействию микроволнового излучения и последующему отстаиванию, затем после удаления с поверхности отстоянной суспензии всплывающего нефтезагрязнения и последующего слива отработанной моющей жидкости выделяемый продукт очистки загрязненного грунта смешивают с нормативно чистым грунтом в соотношении, обеспечивающем предельно допустимую концентрацию нефтезагрязнения в очищаемом от нефти и нефтезагрязнения грунте.