СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИИ ТОРФО-ДИАТОМИТОВОГО МЕЛИОРАНТА ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ Российский патент 2020 года по МПК B09C1/08 

Техническое решение относится к области получения композиций на основе материалов природного растительного происхождения и может быть использовано для очистки земель от нефти и продуктов её переработки.

Известен способ получения нефтесорбента на основе кожевенной пыли. Кожевенную пыль получают в режиме интенсивной аэрации до достижения удельного веса 0,06-0,12 г/см³. Аэрированную кожевенную пыль используют для сорбции нефти на почвогрунтах с последующей культивацией почвы и биодеградацией углеводородов нефти в почвенный гумус. Биодеградацию углеводородов нефти при использовании аэрированной кожевенной пыли в качестве нефтесорбента осуществляют при температуре почвы 12-40 °C в течение 60-90 дней [RU 2430776, МПК B01J 20/22 (2006.01), B01J 20/30 (2006.01), C02F 1/28 (2006.01), B09C 1/08 (2006.01), дата публикации заявки 10.10.2011].

Недостатком является существенное ограничение температурного диапазона применения нефтесорбента и энергозатратная технология его производства.

Также известен сфагновый сорбционно-активный препарат содержащий нестерильный верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф и органический активатор-природный полимер арабиногалактан при содержании компонентов, вес. %: нестерильный верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф 99,9-99,5, природный полимер арабиногалактан 0,5-0,1 [RU 2307707, МПК B01J 20/24(2007.10), дата публикации 10.10.2007].

Недостатком препарата является неизвестное время сорбции углеводородов нефти из-за зависимости от температурных условий окружающей среды.

В качестве прототипа был выбран способ получения гидрофобного нефтесорбента [RU 2642566, МПК B01J 20/22(2018.01), B01J 20/10(2018.01), B01J 20/32(2018.01), дата публикации 25.01.2018], техническое решение которого заключается в том, что на диатомитовую крошку, предварительно обожжённую при температуре 600-800°C распыляют силиконат натрия. После распыления силиконата натрия полученный продукт помещают в полиэтиленовый пакет, герметично закрывают и выдерживают от 17 до 24 часов до полного формирования гидрофобной пленки.

В качестве недостатка данного способа важно отметить низкую сорбционную ёмкость композиции до 833 г/кг и высокая температура обжига диатомитовой крошки, что приводит к удорожанию сорбента.

Задачей предлагаемого изобретения является изготовление композиции торфо-диатомитового мелиоранта (далее ТДМ) на основе торфа верхового типа, диатомита и осадков сточных вод (ОСВ) для рекультивации нефтезагрязненных земель, способного в кратчайший срок осуществлять высокую сорбционную ёмкость и деструкционную способность нефти и продуктов её переработки за счёт создания благоприятной среды на мелиорируемой загрязнённой площади для разлагающих углеводороды нефти аборигенных микроорганизмов.

Сущность технического решения состоит в том, что в качестве сорбента и источника микроорганизмов используют верховой торф, для комплексного положительного воздействия на агрохимические, агрофизические, и биологические свойства почвы используется диатомит, а в качестве источника макро и микроэлементов, осадки сточных вод. Композицию ТДМ получают путем смешивания верхового торфа с влажностью 75 – 85%, со степенью разложения 10-25% и зольностью не более 20% с диатомитом морского или озерного происхождения с содержанием основных компонентов: SiO₂ - до 84%; Fe₂O₃ - не более 3,2%; Al₂O₃, MgO, CaO – до 8 %, влажностью 55-60%, термообработанным ОСВ, содержащим не менее 40% органического вещества; не менее 1,5% общего азота; 0,065-3,0% общего фосфора; 0,2-0,7% общего калия со средней влажностью не более 70% в соотношении компонентов, по массе сухого вещества, %:

- торф – 30-50;

- диатомит – 30-40;

- осадки сточных вод – 10-30.

Термообработку применяемого ОСВ проводят для обеззараживания при температуре 70 ⁰С в течение 40 мин. Температуры и времени обработки выбран из критерия жизнеспособности патогенных микроорганизмов. Перемешивание осадка с торфом и диатомитом продолжают до получения гомогенной смеси пастообразной консистенции. Из полученной смеси формируют гранулы в шнековом грануляторе с дальнейшей сушкой гранул в сушилке барабанного типа при температуре не более 50 ⁰С. Сушку заканчивают при достижении влажности гранул 14-20%.

Осадок сточных вод - это осадок, образующийся при переработке бытовых сточных вод на городских станциях аэрации, или осадок, образующийся при обработке воды из открытого водоема, а также осадки сточных вод пищевых предприятий, сельскохозяйственных ферм при условии содержания тяжелых металлов близкого к осадкам сточных вод, допускаемым к использованию в качестве удобрений. Количество гранулированного ТДМ, вносимого в нефтезагрязненную почву, может варьироваться в зависимости от степени загрязнения почвы и должно обеспечивать покрытие выдавливаемой нефти или нефтепродуктов не менее 50 мм.

Сорбционная емкость полученного по заявленному способу ТДМ по отношению к нефти и нефтепродуктам составляет до 5 г/г. Скорость поглощения 80% нефти и нефтепродуктов составляет 5-10 мин. в зависимости от плотности поглощаемых нефтепродуктов и 100% поглощается в течении 3-х часов. Насыпная плотность мелиоранта 250-300 кг/м³. При использовании предлагаемого состава степень деструкции за 1 месяц при исходной концентрации 150 и 100 г/кг составила от 29,6% и 31,7%, за 3 месяца при исходной концентрации 150 и 100 г/кг составила 74,4% и 73,1%.

Пример 1.

Готовили ТДМ путем смешения верхового торфа со степенью разложения 10%, зольностью 4%, влажностью 79%, диатомита влажностью не более 60%, с термообработанным ОСВ с влажностью 66% в различных соотношениях (табл. 1). Перемешивание осадка с торфом и диатомитом продолжали до получения гомогенной смеси пастообразной консистенции. Полученную смесь гранулировали в шнековом грануляторе и сушили.

Для получения сравнительных результатов при одинаковых условиях проведения эксперимента, в качестве контрольного образца была выбрана загрязненная почва, на которой не проводились рекультивационные работы.

Сушку всех смесей проводили при температуре до 90 ⁰С.

Для определения сорбционных свойств смесей использовали нефтепродукты с плотностью 850 кг/м³. Для определения деструкционных способностей полученные торфосмеси смешивали с почвой серого лесного типа с последующим внесением нефти до концентраций в образце 100 и 150 г/кг. При этом содержание нефти почва считается сильно загрязненной.

Проведение опыта проводили в летний период времени.

В таблице приведены результаты определения степени деструкции нефти и сорбционные свойства торфосмесей. При использовании верхового торфа + диатомита + ОСВ 3:2:1 - степень деструкции за 1 месяц при исходной концентрации 150 и 100 г/кг составила от 29,6% и 31,7%, за 3 месяца при исходной концентрации 150 и 100 г/кг составила 74,4% и 73,1%.

Таблица 1. Степень деструкции нефти ρ = 850 кг/м³

Вид торфосмеси Исходная концентрация нефти в образце, г/кг Концентрация нефти, г/кг Степень деструкции, % Продолжительность эксперимента
30 дней Продолжительность эксперимента
90 дней 30 дней 90 дней Контроль почва 150 142,35 119,55 5,1 20,3 100 94,3 78,0 5,7 22,0 Верховой торф + диатомит + ОСВ 5:4:1 150 132,4 80,4 11,7 46,4 100 86,9 51,4 13,1 48,6 Верховой торф + диатомит + ОСВ 4:3:1 150 121,7 53,7 18,9 64,2 100 78,2 38,0 21,8 62,0 Верховой торф + диатомит + ОСВ 3:2:1 150 105,6 38,4 29,6 74,4 100 68,3 26,9 31,7 73,1 Верховой торф + диатомит + ОСВ 1:1:1 150 117,0 66,6 22,0 55,6 100 77,8 47,7 22,2 52,3

Таблица 2. Сорбционные свойства гранулированного торфа и торфосмеси

Вид Диаметр гранул, мм Относительная влажность w, % Сорбция, г/г Нефтепродукт
ρ = 0,850 кг/м³ Верховой торф 4-5 16 7,84 3-4 16 8,43 2-3 16 9,06 1-2 16 9,53 0,5-1 16 9,80 Верховой торф + диатомит
+ ОСВ
5:4:1 4-5 16 3,02 3-4 16 3,39 2-3 16 3,71 1-2 16 3,98 0,5-1 16 4,22 Верховой торф + диатомит
+ ОСВ
4:3:1 4-5 16 2,33 3-4 16 2,69 2-3 16 2,92 1-2 16 3,16 0,5-1 16 3,51 Верховой торф + диатомит
+ ОСВ
3:2:1 4-5 16 1,89 3-4 16 2,15 2-3 16 2,34 1-2 16 2,45 0,5-1 16 2,71 Верховой торф + диатомит
+ ОСВ
1:1:1 4-5 16 1,45 3-4 16 1,67 2-3 16 1,89 1-2 16 2,04 0,5-1 16 2,16

Пример 2. Верховой торф + диатомит + ОСВ - 5:4:1

При содержании торфа в гранулах мелиоранта 50 % и более, диатомита и ОСВ соответственно 40 % и 10% по массе сухого вещества, мелиорант ускоренно впитывает разлившиеся нефтепродукты и оказывает благоприятное действие на рост растений произрастающих на загрязненной территории.

Пример 3. Верховой торф + диатомит + ОСВ - 3:2:1

При содержании торфа в композиции порядка 50% и содержания диатомита - 33,33% и ОСВ - 16,67%, наблюдаем достаточно интенсивное впитывание нефтепродуктов и уверенный рост растений на загрязненной территории, благодаря повышенному содержанию питательных веществ в композиции (содержится в ОСВ).

Пример 4. Верховой торф + диатомит + ОСВ - 1:1:1

При содержании торфа в гранулах мелиоранта 30,33 % и диатомита и ОСВ соответственно по 33,33% по массе сухого вещества, мелиорант будет менее активно впитывать нефть, но создаст условия для скорейшей рекультивации загрязненной территории за счет улучшения структуры почвенного покрова в ввиду присутствия высокого содержания диатомита и внесения значительного количества питательных веществ, содержащихся в ОСВ.

Полученные композиции ТДМ экономически выгодны, поскольку для его осуществления используется торф, диатомит и ОСВ, при этом торф и диатомит является дешевым, экологически чистым сырьем, обеспечивающим сорбцию и последующую деструкцию нефтяных углеводородов, улучшает структуру почвы и усиливает почвенный газообмен. Они также являются органическим удобрением и позволяют в короткие сроки восстановить структуру почвы. Использование ОСВ, позволяет заменить минеральные удобрения, не понижая эффективность деструкции и получить дополнительные пути утилизации ОСВ с получением товарной продукции.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен способ получения гранулированной композиции торфо-диатомитового мелиоранта для рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, согласно которому в качестве сорбента и источника микроорганизмов используют верховой торф, для комплексного положительного воздействия на агрохимические, агрофизические и биологические свойства почвы используют диатомит, а в качестве источника макро- и микроэлементов - термообработанные при температуре 70°С в течение 40 мин осадки сточных вод. После того как все компоненты смешивают до получения гомогенной смеси пастообразной консистенции, ее подвергают гранулированию с получением гранул диаметром 0,5-3,0 мм, которые затем сушат при температуре не более 50°С до влажности 14-20%. Изобретение обеспечивает очистку почвы в кратчайшие сроки. 2 табл., 4 пр.

Способ получения гранулированной композиции торфо-диатомитового мелиоранта для рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, отличающийся тем, что в качестве сорбента и источника микроорганизмов используют верховой торф, для комплексного положительного воздействия на агрохимические, агрофизические и биологические свойства почвы используют диатомит, а в качестве источника макро- и микроэлементов - термообработанные при температуре 70°С в течение 40 мин осадки сточных вод, после того как все компоненты смешивают до получения гомогенной смеси пастообразной консистенции при следующем соотношении компонентов по массе сухого вещества, %:

Верховой торф – 30-50;

Диатомит – 30-40;

Осадки сточных вод – 10-30,

образованную гомогенную смесь пастообразной консистенции подвергают гранулированию с получением гранул диаметром 0,5-3,0 мм, которые затем сушат при температуре не более 50°С до влажности 14-20%.