Способ ликвидации углеводородного загрязнения почвы (варианты) Российский патент 2022 года по МПК B09C1/06 B09C1/10 

Изобретения относятся к области экологии и могут быть использованы для локализации, сдерживания от распространения углеводородных загрязнений, а также для удаления углеводородных загрязнений с почвы при их разливе.

Известен способ рекультивации нефтезагрязненных земель, включающий сбор разлитой нефти одновременно с механической обработкой загрязненного земельного участка, которую осуществляют путем рыхления почвы с одновременной ее бактериальной обработкой и внесением в почву минеральных удобрений посредством транспортного средства, снабженного нефтесборным устройством, расположенным в передней части транспортного средства и связанным с емкостью для временного хранения собранной нефти, и устройством для рыхления нефтезагрязненной почвы (см. RU 2182049 С2, МПК В09С 1/00, В09С 101/00, 10.05.2002).

Недостатком упомянутого выше способа рекультивации нефтезагрязненных земель является необходимость наличия специализированного транспортного средства на гусеничном ходу для сбора разлитой нефти и одновременного рыхления почвы. Также недостатком метода является невозможность его применения в местах, где затруднено или невозможно движение указанного транспортного средства (болотистая местность, работа со слабоустойчивыми и крайне уязвимыми ландшафтами Крайнего Севера).

Наиболее близким аналогом заявленных изобретений является способ очистки почв от нефтяных загрязнений, включающий обработку почвы адаптированной к углеводородам нефти бактериальной культурой в смеси с биостимулятором, при этом в качестве адаптированной к углеводородам нефти бактериальной культуры используют штамм бактерий Bacillus sp. (ВНИИСХМ 132), а в качестве биостимулятора - кормовую белковую смесь "Биотрин", получаемую биотехнологическим способом на основе углеводородсодержащего сырья с использованием непатогенных штаммов-продуцентов, и перед обработкой почвы их смешивают в соотношении 1:1 (см. патент RU 2170149 C1, В09С 1/10, 10.07.2001).

Недостатком упомянутого выше технического решения является его низкая эффективность при больших временных затратах (110 дней) на достижение высокой степени разложения углеводородов (до 97,7%), необходимость положительных температур при выполнении в течении всего цикла очистки, а также высокая трудоемкость и финансовые затраты.

Задачей, на решение которой направлено заявленные изобретения, является создание способов, позволяющих оперативно устранить негативные последствия углеводородного разлива на почвенно-растительный покров, приводящих к изменению ее физико-химических и биологических характеристик, и повысить эффективность очистки почвы от загрязнений углеводородами.

Техническим результатом заявленных изобретений является повышение эффективности удаления углеводородов с почвы и упрощение процесса ликвидации загрязнения, а также уменьшение негативного воздействия на окружающую среду за счет обеспечения восстановления загрязненных углеводородами земель.

Технический результат по первому варианту заявленного изобретения обеспечивается тем, что в способе ликвидации углеводородного загрязнения почвы осуществляют сжигание пятна углеводородного загрязнения, находящегося на поверхности почвы, путем его поджога в нескольких точках с использованием импульсного лазерного излучения, после распространения горения по всей поверхности упомянутого пятна воздействие импульсным лазерным излучением прекращают, по окончании горения осуществляют сорбцию оставшегося на поверхности почвы пятна углеводородного загрязнения посредством равномерного нанесения на всю его площадь гидрофобизированного торфа, а затем осуществляют дожигание пятна углеводородного загрязнения, путем перемещения луча непрерывного лазерного излучения по поверхности упомянутого пятна.

Технический результат по второму варианту заявленного изобретения обеспечивается тем, что в способе ликвидации углеводородного загрязнения почвы осуществляют сжигание пятна углеводородного загрязнения, находящегося на поверхности почвы, путем его поджога в нескольких точках с использованием импульсного лазерного излучения, после распространения горения по всей поверхности упомянутого пятна воздействие импульсным лазерным излучением прекращают, по окончании горения осуществляют сорбцию оставшегося на поверхности почвы пятна углеводородного загрязнения посредством равномерного нанесения на всю его площадь гидрофобизированного торфа, а затем осуществляют дожигание пятна углеводородного загрязнения путем перемещения луча непрерывного лазерного излучения по поверхности упомянутого пятна, после чего осуществляют внесение в почву водного раствора стимулятора роста растений и также осуществляют микробиологическую биодеструкцию углеводородов, оставшихся в почве после дожигания, путем внесения в почву суспензии препарата биодеструктора.

Заявленное изобретение поясняется таблицей, в которой показаны результаты экспериментов при проведении натурных испытаний способа ликвидации углеводородного загрязнения почвы.

Способы ликвидации углеводородного загрязнения почвы осуществляют следующим образом.

По первому и второму варианту изобретения осуществляют следующие действия.

Устанавливают факт разлива углеводородов, а затем устанавливают какой тип углеводородов (нефть, дизельное топливо и газовый конденсат) загрязняет почву в данном конкретном случае. Проводят изучение обстановки вокруг загрязненной поверхности почвы, а именно: форма разлива, направление ветра, расположения каких-либо объектов, людей, оборудования и т.п.

С учетом конкретной обстановки вокруг загрязненной поверхности почвы производят сжигание пятна углеводородного загрязнения. Поджог пятна углеводородного загрязнения осуществляют путем воздействия на него импульсным лазерным излучением, имеющим интенсивность (мощность лазерного излучения на единицу площади), необходимую для поджога установленного типа загрязняющих водную поверхность углеводородов (нефть, дизельное топливо и газовый конденсат). Для нефти необходимая для поджога интенсивность лазерного излучения на единицу площади (I_ЛИ) составляет не менее 0,77 кВт/см², для дизельного топлива составляет не менее - 1,02 кВт/см², для газового конденсата составляет не менее - 1,68 кВт/см² (см. таблицу).

Поджог осуществляют в нескольких точках пятна углеводородного загрязнения, а именно: в наиболее выгодных в конкретной обстановке местах разлива в зависимости от формы разлива, направления ветра, наличия и расположения каких-либо объектов, людей, животных, оборудования и т.п.

Воздействие лазерным излучением осуществляют посредством мобильной лазерной установки с мощностью лазера 2-3 кВт. Для обеспечения поджога пятна углеводородного загрязнения на дальности порядка 100 м рассчитывают оптику такого устройства, которое обеспечивает требуемую интенсивность излучения. Возможность поджога с безопасного расстояния (до 150 м) и выбора для этого наиболее удобных точек в конкретных условиях (в зависимости от формы разлива, направления ветра, расположения каких-либо объектов, людей, оборудования и т.п.) является преимуществом применения мобильной лазерной установки. Поджог может осуществляться как с земли, так и с транспортных средств (автомобиль, вертолет).

Лазер мобильной лазерной установки вручную наводят на пятно углеводородного загрязнения и производят несколько импульсов лазерного излучения продолжительностью по несколько секунд каждый, повышая каждый раз интенсивность лазерного излучения до значения необходимого для воспламенения определенного типа загрязняющих углеводородов (нефть, дизельное топливо и газовый конденсат). Поджог осуществляют с различных позиций, находясь в безопасной зоне, на дистанциях до 150 м. С увеличением площади разлива увеличивается и неравномерность толщины слоя углеводородов в разных местах, приводя к возрастанию необходимости применения разных режимов лазерного воздействия. Степень лазерного дожигания должна определяться по месту работ персоналом, проводящим работы.

При толщине пятна углеводородного загрязнения не менее 2 мм результатом поджога является самостоятельное горение углеводородов.

После распространения горения по всей поверхности пятна углеводородного загрязнения и начала устойчивого горения углеводородов, воздействие лазерным излучением на поверхность почвы прекращают. Наблюдают за самостоятельным горением углеводородов, ждут окончания горения и определяют время самостоятельного горения.

После прекращения горения углеводородов осуществляют обработку несгоревших остатков пятна углеводородного загрязнения путем их сорбции на поверхности почвы.

Сорбцию несгоревших остатков углеводородного загрязнения на поверхности почвы осуществляют посредством равномерного нанесения сорбента на всю поверхность оставшегося после сжигания пятна углеводородного загрязнения. Сорбент представляет собой гидрофобизированный (высушенный) торф верховой нейтральный, обладающий способностью аккумулировать углеводороды, тем самым способствуя поддерживанию горения при относительно топком углеводородном слое. При применении гидрофобизированного торфа достигается максимальная степень сжигания углеводородов.

Расход сорбента, необходимый для обработки пятна углеводородного загрязнения, зависит от следующих факторов: типа и объема разлива нефти или нефтепродукта, способа нанесения препарата, гидрометеорологической обстановки. Расход сорбента может составлять около 300 г/м².

После сорбции гидрофобизированным (высушенным) торфом осуществляют дожигание остатков углеводородного загрязнения путем перемещения луча непрерывного лазерного излучения по поверхности оставшегося пятна углеводородного загрязнения, что позволяет достигнуть эффективности удаления углеводородов до 98,4%.

При осуществлении сжигания и дожигания лазерным излучением учитывают возможность развития пожара на сопредельных территориях и с целью недопущения такого развития событий применяют упреждающие мероприятия.

В ходе проведения экспериментальных исследований установлено то, что за счет применения сорбента (гидрофобизированный торф) и мобильной лазерной установки достигается максимальная степень удаления углеводородных загрязнений. При этом при дожигании горение наблюдается только в зоне воздействия лазерного излучения. При выключении лазерного излучения или перемещении пятна в другое место горение прекращается.

Преимуществом использования лазерной установки в процессе по сравнению с другими методами поджога и дожигания является возможность постоянного (сканирующего) привнесения в дожигаемую среду лазерного излучения, в том числе и с больших дистанций, обеспечивая тем самым большую степень сгорания углеводородов, и безопасность персонала, осуществляющего сжигание.

При необходимости проведения доочистки после дожигания остатков углеводородов осуществляют также следующие действия (второй вариант изобретения).

Производят обработку почвы, в ходе которой в почву вносят суспензию препарата биодеструктора, позволяющего проводить микробиологическую биодеструкцию углеводородов, а также при осуществлении упомянутой обработки вносят на поверхность почвы водный раствор стимулятора роста растений. Микробиологическая биодеструкция углеводородов - это разложение углеводородов с помощью микроорганизмов. Препарат биодеструктор, представляет собой биопрепарат на основе штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов.

Суспензию из биодеструктора, представляющего собой порошок, готовят путем разбавления его технической водой. При этом достаточно для микробиологической биодеструкции углеводородов внесения в почву суспензии биодеструктора в количестве 1% от остаточного количества углеводородов.

Применение биодеструктора в более высокой концентрации (более 1% от остаточного количества углеводородов) возможно, но делает процесс микробиологической биодеструкции углеводородов достаточно дорогостоящим.

В качестве препарата биодеструктора может быть использован биопрепарат БИОРОС, который является наиболее эффективным биодеструктором, обладающим высокой скоростью утилизации нефтяных загрязнений и широким диапазоном температур применения - от +5 до +45°С (препарат «БИОРОС» выпускается ЗАО «Безопасные Технологии»). Препарат «БИОРОС» представляет ассоциацию углеводородокисляющих микроорганизмов, выделенных из природных сред, для которых нефтепродукты являются естественным источником питания. Поставляется в сухой форме (порошок).

Перед внесением биодеструктора в почву осуществляют рыхление и увлажнение почвы. В рыхлую почву вносят биодеструктор, при этом его распределяют по всей загрязненной поверхности почвы.

Введение биодеструктора в загрязненные грунты стимулирует биологическую деструкцию углеводородной составляющей на безопасные продукты метаболизма – Н₂O и СO₂.

За короткий срок от нескольких часов до нескольких месяцев (в зависимости от степени загрязнения) бактерии обеспечивают биологическую очистку загрязненной почвы, выделяя при этом безопасные продукты метаболизма – воду и углекислый газ. При этом в процессе биологической очистки почвы осуществляют периодическое рыхление и увлажнение почвы для создания необходимых условий эффективного развития углеводородокисляющих микроорганизмов.

Одновременно с внесением биодеструктора в почву вносят водный раствор стимулятора роста растений.

Стимуляторы роста растений – это группа органических веществ, которые оказывают влияние на рост и развитие растений. Стимуляторы роста подбирают с учетом почвенно-грунтовых условий. При этом достаточно для стимуляции роста растений внесения 1%-го водного раствора стимулятора роста.

В качестве стимуляторов роста возможно использование, например, гуминовых препаратов. Применение промышленных гуматов натрия, калия и аммония, независимо от источника сырья для их производства, в оптимальных дозах заметно стимулирует прорастание семян, улучшает дыхание и питание растений, увеличивает длину и биомассу проростков, усиливает ферментативную активность и сокращает поступление в растения тяжелых металлов и радионуклидов (новые вещества предотвращают их поступление в растения).

При необходимости для окончательного удаления углеводородного остатка применяют механический сбор.

Доочистка с применением стимуляторов роста и биопрепаратом позволяет обеспечить максимально высокую степень удаления углеводородных загрязнений с поверхности почвы.

В результате использования заявленных способов будет достигаться экологический эффект, который обусловлен тем, что в случае разлива на поверхности почвы углеводородов их основная масса будет оперативно удаляться путем сжигания с образованием воды, углекислого газа и сажи, существенно уменьшая количество углеводородов, минимизируя тем самым воздействие на почву, сокращая финансовые, материально-технические затраты, а также минимизируя риск гибели технических средств и личного состава, участвующих в проведении ликвидации разлива.

Также преимуществами заявленных изобретений являются возможность их применения в труднодоступных местах и упрощение процедуры сбора и ликвидации углеводородных загрязнений, что влечет за собой сокращение сроков, а также сокращение используемых материально-технических ресурсов и соответственно финансовых затрат.

Таблица

№
пп ННП Интенсивность лазерного излучения
при поджоге,
I_ли, кВт/см² Время
самостоятельного
горения,
t, с Время воздействия лазерным излучением/мощность лазерного излучения при дожигании,
t, с/W, кВт 1 нефть 0,77 97 280/3,1 2 дизельное топливо 1,02 126 180/2,16 3 газовый конденсат 1,68 137 333/5,7

Изобретения относятся к области экологии и могут быть использованы для локализации, сдерживания от распространения углеводородных загрязнений, а также для удаления углеводородных загрязнений с поверхности почвы. По первому варианту способ ликвидации углеводородного загрязнения почвы предусматривает сжигание пятна углеводородного загрязнения, находящегося на поверхности почвы, путем его поджога в нескольких точках с использованием импульсного лазерного излучения, имеющего интенсивность, необходимую для воспламенения определенного типа загрязняющих углеводородов, после распространения горения по всей поверхности упомянутого пятна воздействие импульсным лазерным излучением прекращают, по окончании горения осуществляют сорбцию оставшегося на поверхности почвы пятна углеводородного загрязнения посредством равномерного нанесения на всю его площадь гидрофобизированного верхового торфа, и дожигание пятна углеводородного загрязнения путем перемещения луча непрерывного лазерного излучения по поверхности упомянутого пятна. По второму варианту способ ликвидации углеводородного загрязнения почвы предусматривает после дожигания пятна углеводородного загрязнения внесение в почву водного раствора стимулятора роста растений и суспензии препарата биодеструктора, представляющего собой биопрепарат на основе штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов. Технический результат – повышение эффективности удаления углеводородов с почвы, упрощение процесса ликвидации загрязнения, а также уменьшение негативного воздействия на окружающую среду за счет обеспечения восстановления загрязненных углеводородами земель. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ ликвидации углеводородного загрязнения почвы, в котором осуществляют сжигание пятна углеводородного загрязнения, находящегося на поверхности почвы, путем его поджога в нескольких точках с использованием импульсного лазерного излучения, имеющего интенсивность, необходимую для воспламенения определенного типа загрязняющих углеводородов, после распространения горения по всей поверхности упомянутого пятна воздействие импульсным лазерным излучением прекращают, по окончании горения осуществляют сорбцию оставшегося на поверхности почвы пятна углеводородного загрязнения посредством равномерного нанесения на всю его площадь гидрофобизированного верхового торфа, а затем осуществляют дожигание пятна углеводородного загрязнения путем перемещения луча непрерывного лазерного излучения по поверхности упомянутого пятна.

2. Способ ликвидации углеводородного загрязнения почвы, в котором осуществляют сжигание пятна углеводородного загрязнения, находящегося на поверхности почвы, путем его поджога в нескольких точках с использованием импульсного лазерного излучения, имеющего интенсивность, необходимую для воспламенения определенного типа загрязняющих углеводородов, после распространения горения по всей поверхности упомянутого пятна воздействие импульсным лазерным излучением прекращают, по окончании горения осуществляют сорбцию оставшегося на поверхности почвы пятна углеводородного загрязнения посредством равномерного нанесения на всю его площадь гидрофобизированного верхового торфа, а затем осуществляют дожигание пятна углеводородного загрязнения путем перемещения луча непрерывного лазерного излучения по поверхности упомянутого пятна, после чего осуществляют внесение в почву водного раствора стимулятора роста растений и также осуществляют микробиологическую деструкцию углеводородов, оставшихся в почве после дожигания, путем внесения в почву суспензии препарата биодеструктора, представляющего собой биопрепарат на основе штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов.