Формирование и распространение загрязнения нефтью и нефтепродуктами на промышленных предприятиях. Технологии ремедиации загрязненных территорий

Авторы: Р. Рашман (DEKONTA, a. s.), А. Гриневский (АО «ДЕКОНТА, а.с.»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №5/2016

Загрязнение природной среды (почвы, грунты, подземные и поверхностные воды) нефтью и нефтепродуктами – одно из наиболее распространенных и опасных явлений. Основными источниками загрязнения на промышленных предприятиях являются, прежде всего, производственные установки, сливоналивные эстакады, резервуарные парки, подземные и поверхностные продуктопроводы, очистные сооружения и системы производственной, ливневой канализации и дренажные системы.

Кроме предприятий, напрямую связанных с нефтяной отраслью, загрязнение нефтепродуктами нередко происходит и на других производственных и хозяйственных объектах, использующих в своей деятельности нефть и ее производные. На таких предприятиях помимо загрязнений нефтепродуктами существует опасность загрязнения окружающей среды продуктами собственного производства.

В результате разливов и аварийных утечек нефтепродукты просачиваются в землю и через породы зоны аэрации достигают первого от поверхности водоносного горизонта. Так как плотность большинства нефтепродуктов меньше плотности воды, они накапливаются на поверхности подземных вод, образуя скопления (линзы) различных размеров и конфигураций, и под действием градиента потока движутся вместе с подземными водами в области их естественной (родники, реки и водоемы) и искусственной (колодцы и скважины) разгрузки. Часть нефтепродуктов растворяется в воде, оказывая влияние на ее химический состав.

Кроме того, из-за испарения летучих фракций нефтепродуктов в почвогрунтах и породах зоны аэрации образуются так называемые «газовые шапки». Это может создавать пожароопасную обстановку, особенно в замкнутых пространствах (подвалы, погребы и т.п.).

Следует также учитывать, что нефтепродукт, скопившийся в грунтовых отложениях, может оказывать негативное воздействие на прочностные характеристики последних. Это может привести к повреждению и разрушению зданий и сооружений, расположенных на месте загрязнения. Подземные воды, загрязненные растворенными нефтепродуктами и другими химическими соединениями, могут обладать повышенной агрессивностью по отношению к стальным, бетонным и железобетонным конструкциям, что также в свою очередь может привести к повреждениям и разрушениям зданий и сооружений.

Обобщенная схема формирования и распространения загрязнения нефтепродуктами представлена на рис. 1.

Таким образом, формируются несколько видов загрязнения природной среды нефтепродуктами:

• загрязнение поверхности земли и почвенного слоя;
• загрязнение поверхностных вод;
• загрязнение грунтов зоны аэрации;
• загрязнение подземных вод.

Данные виды загрязнения природной среды нефтепродуктами зачастую взаимосвязаны и оказывают влияние на масштабы и характер загрязнения (рис. 2).

Компания «ДЕКОНТА» использует два основных подхода к ремедиации загрязненных территорий:

• ремедиацию «in situ» – непосредственно на месте загрязнения: очистка грунтов без извлечения и подземных вод без откачивания;
• ремедиацию «ex situ» – вне места загрязнения: удаление загрязненных грунтов, откачивание загрязненных подземных вод и последующая их очистка.

Технологии, применяемые для ремедиации, делятся на физические, химические, биологические и условно называемые «другие», которые не относятся ни к одной из этих категорий. Для успешного проведения процесса ремедиации нередко используют совокупность данных технологий (рис. 3).

Технологии ремедиации шламонакопителей

Как правило, шламонакопители на предприятиях нефтепереработки являются частью очистных сооружений и используются для сброса нефтешлама и других отходов, образующихся в ходе производственных процессов. Кроме того, в шламонакопители сбрасывают осадки, удаленные из производственных установок, резервуаров, продуктопроводов и т.п. Также нередко в шламонакопители попадают отходы от очистки сточных вод, загрязненный грунт, строительный мусор и т.д.

При ремедиации шламонакопителей могут быть применены два подхода: обработка шламов непосредственно в шламонакопителе и извлечение шлама и его последующая обработка (ремедиация соответственно «in situ» и «ex situ»).

В первом случае, как правило, применяется технология стабилизации/солидификации, основанная на смешивании обрабатываемого материала с подходящими связующими реагентами. По мере появления новых физико-химических связей, которые создаются в обрабатываемом материале между загрязняющими веществами и добавками (в результате сорбции, цементации, микроинкапсулирования и др.), вымывание загрязнений из стабилизированных и сцементированных отходов становится невозможным, и загрязнение перестает представлять опасность для окружающей среды.

Во втором случае нефтешламы предварительно откачивают из шламонакопителя с помощью специальных плавающих насосных станций и подвергают обработке с помощью одной из следующих технологий:

• центрифугирования – процесса, в котором для отделения фаз из жидких смесей используется центробежная сила. Центрифуги применяют для двухфазной или трехфазной сепарации. Двухфазные центрифуги при обработке отходов обычно применяют для обезвоживания шлама, выделения жидкого раствора из промытого грунта, выделения твердых частиц из жидкой фазы (например, механических примесей из отработанного масла) и разделения двух жидких фаз (например, масла от воды). Трехфазные центрифуги при обработке отходов обычно применяют для одновременного разделения нефтешламов на три фазы: фаза нефтепродукта, водная фаза и твердая фаза;
• стабилизации/солидификации – процесс применения данной технологии для извлеченных шламов аналогичен описанному ранее процессу для обработки шламов непосредственно в шламонакопителе;
• переработки нефтешламов в альтернативное топливо.

Смешивание нефтешламов, которые характеризуются высокими показателями калорийности, с подходящими добавками (опилки, угольная пыль, известь и т.п.) для достижения параметров, необходимых для использования обрабатываемых шламов в качестве альтернативного топлива на цементных заводах, электростанциях или другими потребителями. Применение данной технологии позволяет частично или даже полностью компенсировать затраты на ремедиацию за счет реализации полученного продукта;

• термодесорбции – технологии обработки, основанной на нагревании загрязненного материала до температур, превышающих температуры кипения присутствующих загрязняющих веществ (как правило, 200…450°С), которые испаряются и, следовательно, отделяются от загрязненного материала. Поток отходящего газа, содержащего загрязняющие вещества, нагревают до высокой температуры (900…1200°С), при которой загрязняющие вещества разрушаются. Из системы нагрева десорбированные загрязнители откачивают в вакуумную систему охлаждения, конденсируются и впоследствии проходят дополнительную переработку или ликвидируются;
• биотехнологической обработки (биоремедиация), основанной на способности определенных микроорганизмов использовать присутствующие в обрабатываемом материале загрязнители (например, фракции нефти, ароматические углеводороды, полициклические ароматические углеводороды и т.п.) и промежуточные продукты их метаболизма в качестве источника углерода и энергии для своего роста. Взаимодействие целого ряда микроорганизмов может привести к полному распаду загрязняющих веществ с образованием безвредных продуктов окисления (CO2 и H2O).

Технологии ремедиации почв и грунтов

Некоторые технологии, которые применяются для ремедиации нефтешламов, используются и для ремедиации поверхностных отложений, почв и грунтов: биотехнологическая обработка, стабилизация/солидификация и термодесорбция. Кроме данных технологий, для ремедиации почв и грунтов применяют также и другие:

• химическую обработку, в основе которой лежит смешивание обрабатываемых материалов с химическими реагентами. При этом происходит разрушение существующих загрязнителей или химическое преобразование загрязняющих веществ в форму, которая не представляет угрозы для здоровья и окружающей среды. При химической обработке применяют следующие процессы: химическое окисление, химическое восстановление и нейтрализацию;
• экстракцию грунтовых испарений (вентинг) – технологию обработки загрязненных грунтов, при которой удаляются из отходов летучие и некоторые полулетучие загрязняющие вещества в виде испарений. Создаваемая вакуумная среда позволяет загрязняющим веществам отделяться от обрабатываемых материалов в виде испарения или газа и подаваться вместе с отработанным воздухом на поверхность, где происходит их очистка;
• промывку грунтов – технологию, в которой используются жидкость (простая вода или вода с химическими добавками, такими, как детергенты – поверхностноактивные вещества) и механический процесс для удаления загрязнений из основной части обрабатываемых грунтов или других отходов. Загрязняющие вещества, как правило, физически и (или) химически связаны с частицами мелких фракций (например, глины и пылеватые отложения), а мелкие частицы, в свою очередь, связаны с частицами более крупных фракций (например, песок и гравий). Промывка грунтов отделяет загрязненные мелкие фракции от грунтов крупных фракций, благодаря чему крупные фракции освобождаются от загрязнения. В итоге уменьшенный объем загрязненных фракций грунтов обрабатывают другими методами очистки (стабилизация/солидификация, биоремедиация, сжигание и др.).

Технологии ремедиации подземных вод

Откачивание и последующая очистка. Загрязненные подземные воды откачивают из специально оборудованных скважин и затем очищают с помощью физических, химических или биологических методов. Очистка подземных вод происходит, как правило, в несколько этапов. На первой стадии удаляют в основном механические примеси, для этого используют различные фильтры и отстойники. Возможно также отделение свободной фазы нефтепродуктов с помощью гравитационных сепараторов. На следующих стадиях используются технологические установки, разработанные с учетом обработки основных типов загрязняющих веществ. Это, как правило, такие технологии, как улавливание органических веществ или тяжелых металлов в адсорбционных фильтрах; распад летучих органических соединений в испарительных колоннах и горизонтальных аэрационных устройствах; разложение органических загрязнителей в биореакторах или нейтрализация и осаждение токсичных веществ в проточном реакторе.

Биоремедиация «in situ». Данная технология может быть применена для очистки подземных вод, загрязненных широким спектром органических загрязнителей, особенно нефтяных углеводородов. Принцип биоремедиации «in-situ» заключается в оптимизации условий в водоносном горизонте для запуска процесса биоремедиации, что достигается закачиванием в горизонт специальных штаммов бактерий. Для стимулирования процесса биоремедиации подземные воды обогащают питательными веществами (в основном азот и фосфор) и кислородом, которые подают непрерывной аэрацией.

Химическое окисление «in situ». При очистке подземных вод химическими методами в водоносный горизонт при помощи специально оборудованных скважин подают окислители (перманганат калия, персульфаты, реагент Фентона, озон и т.п.). В связи с тем, что введение реактивных агентов в подземные воды может оказать негативное воздействие на окружающую среду и здоровье, этот метод предъявляет относительно высокие требования к тщательной подготовке процесса очистки (обычно необходимо выполнять опытно-промышленные испытания на месте).

Подпочвенная изоляция и активные барьеры. Данный метод предполагает сооружение проницаемой стены в грунте перпендикулярно движению потока подземных вод. При прохождении потока подземных вод через стену загрязняющее вещество удаляется (химическими, физическими или биологическими методами). Загрязненный участок также может быть изолирован непроницаемой стеной для предотвращения дальнейшего распространения загрязнения.

Контролируемое и управляемое естественное снижение загрязнения. Данный современный подход к восстановлению некоторых типов загрязненных участков основан на мониторинге и (или) поддержке естественных процессов, которые уменьшают объем загрязнения (природная биоремедиация, разбавление, сорбция и др.).

Данный метод не применяется в случае серьезного риска для здоровья и состояния окружающей среды. Приведенные технологии многократно применялись компанией «ДЕКОНТА» в процессе выполнения работ по ремедиации загрязненных территорий и показали свою высокую эффективность.

Приведем несколько примеров. Территория площадки компании HEXION, расположенная в г. Соколове (Чешская Республика). На площадке расположено производство органических химикатов.

Основные виды выполненных работ по данному проекту:

• извлечение отходов и химических веществ из зданий, предназначенных для сноса;
• упаковка и транспортировка отходов на полигон для обработки с использованием технологий сжигания и последующим захоронением;
• демонтаж технологического оборудования из зданий, предназначенных для сноса;
• снос строительных конструкций, обработка строительных отходов биотехнологическими методами и их утилизация;
• извлечение и обработка загрязненного грунта биотехнологическими методами.

В общей сложности было обработано, обезврежено и утилизировано 234 000 т отходов.

Территория бывшей газовой станции компании E.ON, расположенная в г. Чешские Будейовицы (Чешская Республика). На площадке ранее производились добыча и распределение газа. Основные виды выполненных работ по данному проекту:

• извлечение отходов (в основном продукты перегонки дегтя и фенольные жидкости) из подземных резервуаров и отстойников; утилизация отходов путем обработки с использованием технологий сжигания и переработки в альтернативное топливо;
• снос загрязненных конструкций и обработка биотехнологическими методами строительных отходов и их утилизация;
• извлечение и обработка загрязненного грунта биотехнологическими методами;
• откачка загрязненных подземных вод и их последующая очистка.

В общей сложности было обработано, обезврежено и утилизировано 77 000 т отходов.

Территория свалки токсичных отходов, расположенная в г. Новый Рыхнов (Чешская Республика). Основные виды выполненных работ по данному проекту:

• извлечение, упаковка и транспортировка токсичных отходов, хранящихся на незащищенном полигоне; утилизация отходов путем обработки с использованием технологии сжигания и последующее захоронение (около 2 000 т);
• ремедиация подземных вод, загрязненных хлорированными углеводородами и пестицидами с применением технологии химического окисления «in situ».

Территория бывших логистических объектов в городах Поздишовце и Ружомберок (Словакия). На площадках ранее располагались объекты распределения топлива компании Slovnaft. Перед выполнением ремедиации загрязненных территорий был проведен комплекс геолого-гидрогеологических исследований. На площадке в г. Ружомбероке были сооружены 83 почвенных и 14 гидрогеологических скважин, отобрано и проанализировано 255 проб грунтов и подземных вод. На площадке в г. Поздишовце были сооружены 100 скважин, отобрано и проанализировано 194 пробы грунтов и подземных вод.

В общей сложности было обработано около 48 000 т загрязненного материала. Были выполнены также мероприятия по ремедиации подземных вод. Основные виды выполненных работ по данному проекту:

• извлечение грунтов высокой степени загрязнения и обработка с применением технологии биоремедиации на специально сооруженной площадке – очищено 30 000 т загрязненных грунтов;
• применение подхода «in situ» ремедиации грунтов – были использованы технологии биоремедиации «in situ», экстракции грунтовых испарений и биовентинга зоны аэрации – очищено 18 000 т загрязненных грунтов;
• откачивание загрязненных подземных вод и их последующая очистка.

Территория бывшего крупнейшего в Чешской Республики завода по газификации бурого угля в г. Усти-над-Лабем. В рамках проекта были произведены аварийные работы по ремедиации территории, которые включали:

• извлечение отходов на месте расположения разрушенных резервуаров хранения продуктов перегонки дегтя и их утилизация с применением технологии сжигания – 1 200 т;
• снос и утилизация разрушенных резервуаров – 370 т;
• извлечение загрязненных грунтов и их обработка за пределами площадки с применением технологий экстракции грунтовых испарений и биоремедиации – 430 т;
• утилизация строительных конструкций – 3 500 т;
• утилизация загрязненного изоляционного материала резервуаров – 15 т.

Территория бывшего военного аэродрома в г. Жатеце (Чешская Республика). Перед выполнением ремедиации загрязненной территории был проведен комплекс геолого-гидрогеологических исследований: сооружение 35 скважин, отбор и анализ 105 проб грунтов с разной глубины.

В ходе реализации проекта были выполнены следующие работы:

• снос загрязненных строительных конструкций;
• извлечение загрязненного грунта;
• биообработка опасных отходов непосредственно на площадке – 148 000 т;
• ремедиация загрязненных грунтов с применением технологии биоремедиации «in situ»;
• откачка загрязненных подземных вод и их последующая очистка.

После проведения ремедиации на данной территории была организована крупнейшая промышленная зона в Центральной Европе.

Компания «ДЕКОНТА», основанная в 1992 г., является одной из крупнейших в Центральной и Восточной Европе компанией, предлагающей широкий спектр экологических услуг. В настоящее время в ней трудятся порядка 150 высококвалифицированных и опытных сотрудников. Ежегодно компания очищает сотни тысяч тонн опасных отходов и выполняет сотни экологических проектов. Компания тратит более 1 млн. евро в год на исследовательские работы в области новых экологических технологий, участвует во многих научных грантах и установила тесные контакты с ведущими европейскими университетами и исследовательскими центрами, которые занимаются вопросами охраны окружающей среды.