способ очистки грунтов и почв от нефти и нефтепродуктов и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки грунтов и почвы от нефти и нефтепродуктов, включающий перемешивание и отмывку загрязненного материала, а также разделение жидкой фазы на воду и нефтепродукты, отличающийся тем, что на первом этапе загрязненный материал предварительно подготавливают, удаляя крупные включения, перемешивая его с подогретой до температуры 20-80°С водой и размельчая включения древесины и растительности, на втором этапе предварительно подготовленный загрязненный материал интенсивно отмывают подогретой до температуры 20-80°С водой в высокоскоростном турбулентном потоке замкнутой гидравлической обвязки при объемном соотношении воды к песку 10:1, а на третьем этапе разделяют жидкую и твердую фазы методом гидроциклонирования и разделяют жидкую фазу на воду и нефтепродукты, после чего возвращают воду в цикл очистки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на втором этапе загрязненный материал отмывают с применением моющих средств.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй и/или третий этап очистки может быть проведен, по меньшей мере, дважды.

4. Устройство для очистки грунтов и почвы от нефти и нефтепродуктов, содержащее бункер, трубопровод и гидроциклон, отличающееся тем, что содержит последовательно расположенные грохот для отделения включений размером более 100 мм, размешиватель загрязненного материала, грохот для отделения камней размером более 5 мм и поддон-воронку под ним для сбора освобожденной от камней разжиженной массы, шнековый насос и трубопровод для подачи разжиженной массы в бункеры, два бункера пескоилонакопителя, емкость с горячей водой, шламовый центробежный насос для подачи нагретой воды, эжектор-гидросмеситель для смешивания разжиженной массы с горячей водой в турбулентном режиме, гидроциклон-пескоотделитель и гидроциклон-илоотдепитель для отделения твердой фазы, а также два центробежных шламовых насоса для подачи разжиженной массы в гидроциклоны, при этом все элементы устройства соединены между собой посредством трубопроводной обвязки для обеспечения движения очищаемой массы.

5. Устройство по п.5, отличающееся тем, что содержит систему распределительных желобов для направления отмытого материала на отгрузку или на повторную очистку, поочередным заполнением двух бункеров-накопителей, находящихся ниже системы распределительных желобов.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что содержит трубопровод, соединяющий выкидную линию гидроциклона-илоотделителя с многофункциональной емкостью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к защите окружающей среды, а именно к рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель, обезвреживанию почвы, песка, грунтов и нефтешлама.

Известна установка для обработки нефтешламов "Альфа-Лаваль" (проспект фирмы "Alfa-Laval" "Установка "Альфа-Лаваль" для обработки нефтешлама"), содержащая устройство забора нефтешлама, теплообменники для нагрева шлама, фильтры тонкой и грубой очистки, гидроциклон, центрифугу, сепараторы. Установка предназначена для переработки жидкого шлама и выделения нефти.

Известен способ по промывке почвы (грунта, песка) фирмы «ЕРСО» (Рекламный проспект «Предложение компании ЭПКО по поставке технологических систем восстановления окружающей среды», Интернет-сайт: www.epcoequipment.com), включающий просеивание почвы (грунта, песка) от крупных обломков на вибросите, струйную промывку крупных частиц и песка моющей жидкостью с одновременным отделением мелкозернистого шлама на наклонном винтовом конвейере при перемещении материала, трехстадийную промывку мелкозернистого шлама в емкости при перемешивании, скомбинированную с сепарацией жидкости и твердой фазы, возврат моющей жидкости после третьей стадии промывки мелкозернистого шлама на первую стадию промывки и периодический отвод нефтяной эмульсии из емкости промывки.

Известен способ очистки нефтезагрязненных почв, грунтов и нефтешламов (патент РФ № 2244685, кл. С02F 1/40, опубл. 20.01.2005, взятый в качестве ближайшего аналога способа), в котором отмывка почвы (грунта, песка) осуществляется моющей жидкостью (3,0% водный раствор моющего средства с температурой 20-80°С, образующий неустойчивую эмульсию с углеводородными загрязнениями), регенерация жидкости происходит путем фазового разделения с отделением органической фазы и возвратом водной фазы в цикл очистки. При этом перед отмывкой грунт (почву, шлам) разделяют на плавающую массу и осаждаемый грунт (почву, шлам), а затем только осуществляют отмывку каждой отделенной фракции. Процесс включает отмывку плавающей массы посредством струйной обработки на вибросите одновременным отделением отмываемой массы от загрязняющей моющей жидкости. Отмывку осаждаемой почвы (грунта, песка) проводят в три этапа. На первом этапе отмывку осуществляют при осаждении в потоке моющей жидкости при объемном соотношении осаждаемой почвы (грунта, песка) и жидкости не менее 1:1. На втором этапе осуществляют струйную отмывку песка на наклонном винтовом конвейере при перемещении материала. На третьем отмывку осуществляют струйной обработкой на вибросите с одновременным отделением отмываемой почвы (грунта, песка) от загрязненной моющей жидкости.

Известна линия для очистки загрязненных нефтью почв, грунтов и нефтешламов (патент РФ № 2244686, кл. С02F 1/40, опубл. 20.01.2005, взятый в качестве ближайшего аналога устройства), содержащая бункер, винтовой конвейер со встроенной системой струйной промывки, емкость перелива нефти и плавающей массы из бункера, вибросито для отделения плавающей массы от загрязненной моющей жидкости, систему подачи плавающей массы из емкости перелива на вибросито. Бункер снабжен загрузочной решеткой и установкой напорного режима с возможностью направления струи на любой участок бункера и сетки. Емкость перелива нефти и плавающей массы из бункера снабжена паровыми регистрами внутри и имеет наружное утепление. Вибросито имеет систему стока и струйную моющую установку. Линия по второму варианту снабжена дополнительно устройством для подачи моющего раствора в нижнюю часть бункера.

Известные способы и устройства являются сложными и недостаточно эффективными, поскольку струйная промывка крупных частиц и песка на винтовом конвейере не обеспечивает в достаточной степени их обезвреживания, а трехстадийная промывка мелкозернистого шлама, скомбинированная с сепарацией жидкости, требует больших объемов промывочной жидкости и усложняет технологический процесс. Кроме того, сложность процесса также характеризуется многоступенчатостью процесса очистки. Применение моющих средств на начальной стадии отмывки требует их большой концентрации. Такая ситуация приводит к образованию большого количества продуктов распада, что обусловливает невозможность отделения нефтепродуктов от продуктов распада. В связи с этим высвобожденные в процессе очистки нефтепродукты теряют свои товарные качества.

Предлагается группа изобретений, включающая способ очистки почвы от нефти и нефтепродуктов и установку для его осуществления.

Задачей изобретения является упрощение технологического процесса очистки загрязненных нефтью песков (почв, грунтов), повышение качества отмывки, обеспечение высокой производительности процесса и осуществление процесса очистки по замкнутому циклу без применения моющего агента в первом цикле очистки.

Предлагаемые способ и устройство являются более экономичными и позволяют осуществлять очистку смеси грунта, растительных остатков, пород, твердых нефтешламов, твердожидких пульпообразных шламов, при этом обеспечить высокое качество отмывки и цикличность процесса с многократным возвратом воды в цикл очистки.

Техническим результатом для способа и устройства является повышение эффективности очистки почвы.

Заявленный технический результат в части способа достигается благодаря тому, что способ очистки грунтов и почвы от нефти и нефтепродуктов включает перемешивание и отмывку загрязненного материала, а также разделение жидкой фазы на воду и нефтепродукты. Характеризуется тем, что на первом этапе цикла загрязненный материал предварительно подготавливают, удаляя крупные включения, перемешивая его с подогретой до температуры 20-80°С водой и размельчая включения древесины и растительности. На втором этапе предварительно подготовленный загрязненный материал интенсивно отмывают подогретой до температуры 20-80°С водой в высокоскоростном турбулентном потоке в элементах замкнутой гидравлической обвязки в объемном соотношении воды к песку 10:1. На третьем этапе разделяют жидкую и твердую фазы методом гидроциклонирования и разделяют жидкую фазу на воду и нефтепродукты, возвращают воду в цикл очистки.

В конкретном исполнении цикл очистки включает отмывку загрязненного материала подогретой до температуры 20-80°С водой с или без применения моющих средств.

В конкретном исполнении цикл очистки может включать только два этапа.

В конкретном исполнении весь цикл очистки загрязненного материала или его отдельные этапы могут быть проведены повторно.

В части устройства технический результат достигается благодаря тому, что устройство для очистки грунтов и почвы от нефти и нефтепродуктов содержит бункер, трубопровод и гидроциклон. Характеризуется тем, что содержит последовательно расположенные грохот для отделения включений размером более 100 мм, размешиватель загрязненного материала, грохот для отделения камней размером более 5 мм и поддон-воронку под ним для сбора освобожденной от камней разжиженной массы. Также содержит шнековый насос и трубопровод для подачи разжиженной массы в бункеры, два бункера песко-илонакопителя, емкость с горячей водой, шламовый центробежный насос для подачи нагретой воды, эжектор-гидросмеситель для смешивания разжиженной массы с горячей водой в турбулентном режиме. Гидроциклон-пескоотделитель и гидроциклон-илоотделитель для отделения твердой фазы, а также два центробежных шламовых насоса для подачи разжиженной массы в гидроциклоны. Все элементы устройства соединены между собой посредством трубопроводной обвязки для обеспечения движения очищаемой массы.

В конкретном исполнении устройство содержит систему распределительных желобов для направления отмытого материала на отгрузку или на повторную очистку, поочередным заполнением двух бункеров-накопителей, находящихся ниже системы распределительных желобов.

В конкретном исполнении устройство содержит трубопровод, соединяющий выкидную линию гидроциклона-илоотделителя с многофункциональной емкостью.

В качестве объекта отмывки могут выступать собранные в процессе очистки земной поверхности при аварийных разливах нефти загрязненные грунт, почва, песок, нефтяной шлам, содержащие растительные и иные остатки.

Способ включает отмывку почвы (грунта, песка) подогретой до температуры 20-80°С водой без применения моющих средств с дублированием циклов очистки, а также по мере необходимости с применением моющих средств на заключительной стадии. В процессе очистки происходит выделение из очищаемой массы твердой фазы (песок и ил). На заключительной стадии происходит разделение жидкой фазы на воду и нефтепродукты с возвратом воды в цикл очистки. Способ очистки почвы (грунта, песка) от нефти и нефтепродуктов включает два (или более) повторяющихся цикла, выполняющихся в три (или два) этапа каждый.

На первом этапе первого цикла предварительно подготавливают загрязненную почву (грунт, песок). Подготовка загрязненного материала заключается в загрузке и сортировке крупных включений (например, камней) и их удалении. Для этого используют грохот, широко применяемый в горной промышленности. Затем загрязненный материал перемешивают с подогретой до температуры 20-80°С водой. Для этого может быть использована фрезерно-струйная мельница ФСМ-7, широко применяемая для приготовления промывочных жидкостей при бурении скважин на нефть и газ. При этом происходит разжижение и размельчение комков загрязненного материала, размельчение мелких остатков древесины и растительности. Таким образом происходит сортировка, удаление или размельчение крупных включений, например, камней размером более 100 мм; удаление древесины и растительности, размельчение и разжижение комков загрязненной почвы (грунта, песка), битумных включений. После чего разжиженная масса подвергается сортировке с удалением камней размером более 5 мм. Для этого применяется грохот с расположенным под ним поддоном-воронкой.

Далее, на втором этапе цикла осуществляют процесс интенсивной отмывки частичек почвы (грунта, песка), содержащихся в разжиженной массе, от нефти и нефтепродуктов в высокоскоростном турбулентном потоке горячей воды, в объемном соотношении воды к песку не менее 10:1. Отмывку проводят, например, с помощью последовательно установленных эжектора-смесителя, фитингов замкнутой циркуляционной системы, шламового насоса и гидроциклонов без применения чистящих средств.

Затем, на третьем этапе первого цикла, реализуется процесс окончательного разделения жидкой и твердой фаз методом гидроциклонирования (например, с помощью последовательно установленных песко- и илоотделителей). Жидкая фаза, прошедшая через весь цикл, на финальной стадии разделяется на две составляющие - нефтепродукты и воду (например, с помощью специально разработанной для этих целей многофункциональной емкости). При этом вода возвращается в цикл очистки. Высвобожденная нефть и нефтепродукты не теряют своих потребительских свойств и могут быть использованы в качестве промышленного сырья. При этом по окончании цикла очистки проводят контроль качества очистки твердой фазы.

Загрязненная вода после циклов очистки расслаивается в многофункциональной емкости, где нефть и нефтепродукты скапливаются в верхней части емкости и направляются в приемный бункер для нефти и нефтепродуктов. Освобожденная от нефтепродуктов вода используется в последующих циклах очистки. По окончании очистки песка вода при утилизации дополнительно обрабатывается сорбентом.

По завершении процесса очистки получают экологически чистый грунт (почва, песок), нефть и нефтепродукты.

Цикл отмывки почвы (грунта, песка) далее может быть повторен в зависимости от требуемой степени очистки почвы (грунта, песка).

На первом этапе второго цикла предварительно очищенный песок (еще содержащий органические соединения) отмывается в высокоскоростном турбулентном потоке подогретой воды в гидросмесителе, в фитингах замкнутой циркуляционной системы, шламового насоса и гидроциклонов при объемном соотношении воды к песку 10:1.

На втором этапе второго цикла при помощи метода гидроциклонирования очищенный песок отделяется от жидкой фазы, которая на финальной стадии разделяется в многофункциональной емкости на воду и нефтепродукты, а также на продукты их распада.

Возможное применение моющего средства только на заключительной стадии очистки позволяет избежать пагубного воздействия на высвобождаемые нефть и нефтепродукты.

На чертеже схематично представлено устройство и этапы очистки грунта.

Установка содержит устройство 1 для отделения древесины, растительности, камней размером более 100 мм (например, грохот или сетка-решетка с крупными ячейками в зависимости от параметров включений очищаемого материала); размешиватель 2 (например, бетономешалка, двухвальная глиномешалка, фрезерно-струйная мельница и др. в зависимости от состояния очищаемого материала); грохот 3 для отделения камней размером более 5 мм; поддон-воронку под грохотом 4 для сбора освобожденной от камней разжиженной массы; шнековый насос 5, подающий разжиженную массу в бункер 6 по трубопроводу 7, бункер 8 для накопления древесины, растительности, камней, высвободившихся после просеивания на грохотах, сетках-решетках; многофункциональную емкость с горячей водой 9; шламовый центробежный насос 10, подающий горячую воду по трубопроводу 11; эжектор-гидросмеситель 12, смешивающий разжиженную массу с горячей водой в турбулентном режиме, два центробежных шламовых насоса 13 и 14 и два гидроциклона 15 и 16, работающих последовательно: насос 13 - гидроциклон (пескоотделитель) 15 - насос 14 - гидроциклон (илоотделитель) 16 и обеспечивающих отделение твердой фазы от жидкой; элементы трубопроводной обвязки, соединяющие многофункциональную емкость, насосы, смесители, гидроциклоны и др. и делающие систему замкнутой; два бункера песко-илонакопителя 6 и 17, периодически заполняющихся от работающих гидроциклонов и освобождающихся при работе смесителя, систему желобов 18, направляющих отмытый песок и ил поочередно в бункеры или для отгрузки в транспортное средство, трубопровод 19, соединяющий выкидную линию гидроциклона-илоотделителя с многофункциональной емкостью 9.

Установка работает следующим образом.

На стадии предварительной подготовки очищаемый материал загружают в грохот 1, где происходит сортировка и удаление включений размером более 100 мм. Затем очищаемый материал направляют в размешиватель 2, где происходит смешивание с подогретой водой и измельчение крупных включений. Далее очищаемый материал поступает в грохот 3, где происходит отделение камней размером более 5 мм. Весь отсортированный после грохотов материал собирается в бункер 8. Под грохотом 3 расположена поддон-воронка 4, где собирается освобожденная от камней разжиженная масса. Далее через шнековый насос по трубопроводу 7 разжиженная масса подается в бункер 6.

На стадии очистки одновременно с подачей очищаемой массы в бункер нагретая вода из многофункциональной емкости с помощью центробежного насоса 10 по трубопроводу 11 подается в эжектор-гидросмеситель 12, смешивающий разжиженную массу, поступающую из бункера 6, с горячей водой в турбулентном режиме.

Далее происходит процесс разделения жидкой и твердой фаз. Из эжектора-гидросмесителя 12 очищаемая масса с помощью центробежного шламового насоса 13 подается в гидроциклон 15 пескоотделителя, после чего с помощью центробежного шламового насоса 14 очищаемая масса подается в гидроциклон-илоотделитель 16. Далее посредством системы желобов очищенная твердая фаза отправляется на разгрузку. При повторном цикле очистки твердая фаза посредством системы желобов направляется в бункер 17 для повторной очистки.

На стадии разделения жидкой фазы отделенная жидкая фаза, смешанная с нефтепродуктами, поступает через трубопровод 19 в многофунциональную емкость 9, где происходит разделение воды от нефтепродуктов. Вода затем возвращается в цикл очистки, а нефтепродукты отгружаются. При этом нефть и нефтепродукты не теряют своих потребительских качеств.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяют обезвредить загрязненный грунт (песок, почву) и обеспечить качество отмывки при упрощении технологического процесса очистки по сравнению с аналогами.