способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов

Формула изобретения

Способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов путем введения в нефтешлам органических компонентов, образования пористости обрабатываемого материала, создания условий проникновения в материал кислорода, завершения многокомпонентной взаимосвязи нефтеокисляющих микроорганизмов с изменяющимся по структуре компостным составом, превращения упомянутого состава нефтешлама и замазученного грунта в высокогумусированный почвогрунт, причем в нефтешлам в качестве органических компонентов вводят растительные остатки, которыми могут быть измельченная надземная часть сорных и культурных растений, солома, соломистый навоз, торф, отработанный компост из-под шампиньонов, активные илы очистных сооружений промышленных предприятий и т.п., в которые перед внесением в нефтешлам или замазученный почвогрунт добавляют куриный помет или многокомпонентное минеральное удобрение для усиления питания и ускоренного активного размножения почвенной микрофлоры, добавляют к полученному материалу щелочной реагент, укладывают полученную массу в штабеля и осуществляют процесс компостирования с аэрацией, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют шламы химводоочистки теплоэлектроцентралей, а процесс осуществляют в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств, а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана до момента снижения температуры компостной среды до температуры наружного воздуха, при этом время изменения температуры компостной смеси определяют по выражению:

h_общ.=h₁(t₁)+h₂(t ₂),

где

;

; t₂ = начало отчета от 6 сут,

а время окончания процесса рассчитывают по формулам:

t_общ. =t₁+t₂=6+12=18 сут,

где

t₁ 3·T₁=3·2=6 сут,

t₂ 3·Т₂=3·4=12 сут,

где T ₁ и T₂ - постоянные времени, полученные в результате обработки опытных данных.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а более конкретно к методам улучшения экологического состояния и возвращения в хозяйственный оборот земель, загрязненных нефтепродуктами, в частности нефтешламов и замазученных грунтов.

Известен способ переработки и утилизации органических и органоминеральных отходов сельского и огородно-дачных хозяйств, лесной и деревообрабатывающей промышленности путем их компостирования, включающий внесение щелочного реагента (щелочной экстракт одного из каустобиолитов угольного ряда в виде водного раствора гумата одного из веществ, выбранных из группы, состоящей из натрия, калия, аммония), (см. патент № 2212391, кл. C05F 3/00, C05F 11/00, C02F 11/14, 2003).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе в качестве щелочного реагента используется щелочной экстракт одного из каустобиолитов угольного ряда в виде водного раствора гумата одного из веществ, выбранных из группы, состоящей из натрия, калия, аммония, который обладает повышенной щелочностью и забивает поры компостируемой смеси, что затрудняет аэрацию и приводит к увеличению продолжительности процесса, не отработан механизм определения времени окончания процесса, а также требуется проведение дорогостоящих операций по приготовлению специализированных добавок - щелочных реагентов, что приводит к высоким капитальным и эксплуатационным затратам и существенно ограничивает возможность применения данного способа в современных экономических условиях сельских населенных пунктов.

Известен способ компостирования осадков сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами, включающий их перемешивание с влагоемкими и газопоглощающими добавками, формирование из полученной смеси компостной кучи вокруг перфорированного трубопровода, нанесение на аэрируемую статическую кучу слоя добавок, создающих окислительную обстановку, размещение в основании кучи слоя добавок, создающих восстановительную обстановку, (см. патент № 2159756, кл. C05F 7/00, 2000).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе отсутствует перемешивание компостной смеси с добавками только лишь послойное нанесение, что в свою очередь не позволяет получить гомогенизированную, однородную смесь и не способствует созданию условий хорошей проницаемости, необходимых для эффективного проведения процесса аэрации, аэрация производится только снизу и процесс формирования штабеля достаточно сложен и трудоемок, а также не отработан механизм определения времени окончания процесса компостирования.

Известен способ обработки и утилизации органосодержащих отходов, включающий смешивание с нагретым сыпучим углеродсодержащим наполнителем (продукт биотермической переработки твердых бытовых отходов с содержанием общего числа микроорганизмов 10⁸-10¹⁰ клеток/г сухого компостного материала и температурой 75°C) и компостирование с аэрацией (см. патент № 2249580, кл. C05F 3/00, 2005).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе необходима трудоемкая предварительная обработка твердых бытовых отходов, не отработан механизм определения времени окончания процесса, кроме того, способ приемлем только в холодное время года.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов, в котором обработку и утилизацию органосодержащих отходов осуществляют путем введения в нефтешлам органических компонентов, образования пористости обрабатываемого материала, создания условий проникновения в материал кислорода, причем в нефтешлам в качестве органических компонентов вводят растительные остатки, которыми могут быть измельченная надземная часть сорных и культурных растений, солома, соломистый навоз, торф, отработанный компост из-под шампиньонов, активные илы очистных сооружений промышленных предприятий и т.п., в которые перед внесением в нефтешлам или замазученный почвогрунт добавляют куриный помет или многокомпонентное минеральное удобрение для усиления питания и ускоренного активного размножения почвенной микрофлоры, добавляют к полученному материалу щелочной реагент, укладывают полученную массу в штабеля и осуществляют процесс компостирования с аэрацией (см. патент № 2376083, кл. B09C 1/10, 2009), который и принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе процесс биотермической обработки нефтешламов и замазученных грунтов осуществляется путем введения извести или гипса в качестве щелочного реагента, а также за счет аэрации компоста путем перекладки бурта каждые 5-7 дней в течение 1-3 месяцев. Кроме того, не отработан механизм определения времени окончания процесса компостирования.

Сущность изобретения заключается в сокращении продолжительности проведения биотермической обработки органосодержащих отходов путем введения в нефтешлам органических компонентов, добавления щелочного реагента и проведения процесса компостирования в высоконагружаемом кавальере (насыпи), аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств (воздуходувок), а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в том, что необходимо произвести биотермическую обработку органосодержащих отходов с минимальной продолжительностью.

Технический результат - сокращение общей продолжительности биотермической обработки органосодержащих отходов с 1-3 месяцев до 18-30 суток, что позволяет использовать полученный рекультивационный материал для заполнения отработанных карьеров, в планировочных работах, а также для технического экранирования заполненных накопителей промышленных отходов на стадии их ликвидации или консервации.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов путем введения в нефтешлам органических компонентов, образования пористости обрабатываемого материала, создания условий проникновения в материал кислорода, завершения многокомпонентной взаимосвязи нефтеокисляющих микроорганизмов с изменяющимся по структуре компостным составом, превращения упомянутого состава нефтешлама и замазученного грунта в высокогумусированный почвогрунт, причем в нефтешлам в качестве органических компонентов вводят растительные остатки, которыми могут быть измельченная надземная часть сорных и культурных растений, солома, соломистый навоз, торф, отработанный компост из-под шампиньонов, активные илы очистных сооружений промышленных предприятий и т.п., в которые перед внесением в нефтешлам или замазученный почвогрунт добавляют куриный помет или многокомпонентное минеральное удобрение для усиления питания и ускоренного активного размножения почвенной микрофлоры, добавляют к полученному материалу щелочной реагент, укладывают полученную массу в штабеля и осуществляют процесс компостирования с аэрацией, особенность заключается в том, что в качестве щелочного реагента используют шламы химводоочистки теплоэлектроцентралей, а процесс осуществляют в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств (воздуходувок), а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана до момента снижения температуры компостной среды до температуры наружного воздуха, при этом время изменения температуры компостной смеси определяют по выражению

h_общ.=h₁(t ₁)+h₂(t₂),

где

сут.

t₂ = начало отчета от 6 сут.,

a время окончания процесса рассчитывают по формулам

t_общ.=t₁+t₂=6+12=18 сут.

где t₁ 3·T₁=3·2=6 сут.

t ₂ 3·Т₂=3·4=12 сут.,

где T₁ и T₂ - постоянные времени, полученные в результате обработки опытных данных (см. пример 1, фиг.3).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, получены в ходе апробации способа переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов в полевых условиях на опытно-исследовательской площадке компостного центра г.Самара.

Пример 1. Процесс биотермической обработки органосодержащих отходов проводят в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств, а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана. Для этого используют органосодержащие отходы с активным илом в соотношении 1:0,5, добавляют шламы химводоочистки теплоэнергоцентралей и порообразущие добавки. Исходная концентрацией компостной микрофлоры - 10 ⁸-10¹⁰ клеток/г. Формируют штабели высотой 2,5-3 м и подвергают интенсивной продувке (расход воздуха до 1900 м ³/ч) в течение 1-2 суток для интенсификации инокуляции с увеличением концентрации компостной микрофлоры до 10¹² -10¹⁴ клеток/г и, соответственно, подъема температуры до 65-75°C (см. фиг.1, зона I, где 7 - трапециевидный штабель). После выхода процесса компостирования на стадию высоких температур смесь из инокулированных штабелей с помощью грейферного ковша козлового крана переносят в аэрируемый кавальер размерами в основании 30×60 м, по верху 20×40 м, высотой до 8 м, где компостируемая смесь продувается воздухом в нижней части и перемешивается ковшом козлового крана в верхней для поддержания концентрации почвенной микрофлоры на уровне 10¹²-10¹⁴ клеток/г (см. фиг.1, зона II, где 2 - высоконагружаемый аэрируемый кавальер, 3 - козловой кран, оборудованный грейферным ковшом). Как только температура и концентрация начнут снижаться независимо от интенсивности и режима продувки смесь переносят в бурт дозревания (см. фиг.1, зона III, где 4 - бурт дозревания).

Временная характеристика изменения температур для процесса представлена на фиг.2.

Время изменения температуры компостной смеси определяют по выражению

h_общ. =h₁(t₁)+h₂(t₂),

где

сут.

t₂ = начало отчета от 6 сут.,

a время окончания процесса рассчитывают по формулам:

t_общ.=t₁+t₂=6+12=18 сут.,

где t₁ 3·T₁=3·2=6 сут.

t ₂ 3·Т₂=3·4=12 сут.,

где T₁ и T₂ - постоянные времени, полученные в результате обработки опытных данных, показанных на фиг.3.

Аналогичным образом определяются постоянные времени для всех переходных процессов (см. пример 2, пример 3).

Пример 2. Процесс биотермической обработки органосодержащих отходов проводят в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств, а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана. Для этого используют органосодержащие отходы с активным илом в соотношении 1:0,4, добавляют шламы химводоочистки теплоэнергоцентралей и порообразущие добавки. Исходная концентрацией компостной микрофлоры - 10⁸-10¹⁰ клеток/г. Формируют штабели высотой 2,5-3 м и подвергают интенсивной продувке (расход воздуха до 1900 м³/ч) в течение 1-2 суток для интенсификации инокуляции с увеличением концентрации компостной микрофлоры до 10¹²-10¹⁴ клеток/г и соответственно подъема температуры до 65-75°C (см. фиг.1, зона I, где 1 - трапециевидный штабель). После выхода процесса компостирования на стадию высоких температур смесь из инокулированных штабелей с помощью грейферного ковша козлового крана переносят в аэрируемый кавальер размерами в основании 30×60 м, по верху 20×40 м, высотой до 8 м, где компостируемая смесь продувается воздухом в нижней части и перемешивается ковшом козлового крана в верхней для поддержания концентрации почвенной микрофлоры на уровне 10¹²-10 ¹⁴ клеток/г (см. фиг.1, зона II, где 2 - высоконагружаемый аэрируемый кавальер, 3 - козловой кран, оборудованный грейферным ковшом). Как только температура и концентрация начнут снижаться независимо от интенсивности и режима продувки смесь переносят в бурт дозревания (см. фиг.1, зона III, где 4 - бурт дозревания).

Временная характеристика изменения температур для процесса представлена на фиг.4.

Время изменения температуры компостной смеси определяют по выражению

h_общ.=h₁(t₁)+h₂(t ₂),

где

сут.

t₂ = начало отчета от 10 сут.,

a время окончания процесса рассчитывают по формулам

t_общ.=t₁+t₂=10,5+25,5=36 сут.,

где

t₁ 3·T₁=3·3,5=10,5 сут.

t₂ 3·Т₂=3·8,5=25,5 сут.,

где T₁ и T₂ - постоянные времени, полученные в результате обработки опытных данных.

Пример 3. Процесс биотермической обработки органосодержащих отходов проводят в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств, а в верхней части - за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана. Для этого органосодержащие отходы с активным илом берут в соотношении 1:0,6, добавляют шламы химводоочистки теплоэнергоцентралей и порообразущие добавки. Исходная концентрацией компостной микрофлоры - 10⁸-10¹⁰ клеток/г. Формируют штабели высотой 2,5-3 м и подвергают интенсивной продувке (расход воздуха до 1900 м³/ч) в течение 1-2 суток для интенсификации инокуляции с увеличением концентрации компостной микрофлоры до 10¹²-10¹⁴ клеток/г и соответственно подъема температуры до 65-75°C (см. фиг.1, зона I, где 1 - трапециевидный штабель). После выхода процесса компостирования на стадию высоких температур смесь из инокулированных штабелей с помощью грейферного ковша козлового крана переносят в аэрируемый кавальер размерами в основании 30×60 м, по верху 20×40 м, высотой до 8 м, где компостируемая смесь продувается воздухом в нижней части и перемешивается ковшом козлового крана в верхней для поддержания концентрации почвенной микрофлоры на уровне 10¹²-10 ¹⁴ клеток/г (см. фиг.1, зона II, где 2 - высоконагружаемый аэрируемый кавальер, 3 - козловой кран, оборудованный грейферным ковшом). Как только температура и концентрация начнут снижаться независимо от интенсивности и режима продувки смесь переносят в бурт дозревания (см. фиг.1, зона III, где 4 - бурт дозревания).

Временная характеристика изменения температур для процесса представлена на фиг.5.

Время изменения температуры компостной смеси определяют по выражению

h_общ.=h₁(t₁)+h₂(t ₂),

где

сут.

t₂ = начало отчета от 9 сут.,

a время окончания процесса рассчитывают по формулам

t_общ.=t₁+t₂=9+22,5=31,5 сут.,

где t₁ 3·T₁=3·3=9 сут.

t ₂ 3·Т₂=3·7,5=22,5 сут.

где Т₁ и T₂ - постоянные времени, полученные в результате обработки опытных данных.

Вывод: Наиболее эффективным и оптимальным является результат, полученный в примере 1, так как в этом случае процесс биотермической обработки протекает с минимальной продолжительностью (18 суток).