Способ очистки капиллярно-пористой среды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами

 

Изобретение относится к средствам борьбы с загрязнениями нефтью и нефтепродуктами почвы и др. объектов окружающей среды с капиллярно-пористой структурой. Способ предусматривает введение в зону очистки раствора нефтеокисляющих микроорганизмов. В зону очистки вводят электроды - анод и катод, затем - воду. Пропускают между электродами постоянный электрический ток для создания электроосмотического движения жидкости в зоне очистки. Удаляют жидкость с загрязнениями, собирающуюся у катода. Контролируют концентрацию в зоне очистки веществ, угнетающих жизнедеятельность нефтеокисляющих микроорганизмов. При снижении их концентрации до значений, безопасных для жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов, вводят содержащий их раствор в зону очистки. Способ обеспечивает микробиологическую очистку капиллярно-пористой среды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, при наличии в ней веществ, угнетающих жизнедеятельность микроорганизмов. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к средствам борьбы с загрязнениями нефтью и нефтепродуктами почвы, грунтов, шламов и других объектов окружающей среды с капиллярно-пористой структурой.

Известен способ очистки капиллярно-пористой среды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, путем введения в загрязненную среду микроорганизмов - деструкторов нефти в виде суспензии в питательной среде - см. патент Российской Федерации N 2038333, по кл. C 02 F 3/34. Нефтеокисляющие организмы после периода адаптации разлагают углеводородные соединения нефти и нефтепродуктов.

Этот способ может быть применен лишь при отсутствии в зоне очистки веществ, угнетающих жизнедеятельность нефтеокисляющих микроорганизмов. Такими веществами являются, например, тяжелые металлы и их соединения, фенолы и т. п.

Эти недостатки свойственны, практически, любому способу микробиологической очистки от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, независимо от используемых штаммов микроорганизмов. В частности, они присущи и способу очистки капиллярно-пористой среды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, путем введения в очищаемую среду раствора нефтеокисляющих микроорганизмов при температуре среды 10 - 50^oC и pH 5,5 - 8,5, см. патент Российской Федерации N 2053204, по кл. C 02 F 3/34.

Это техническое решение рассматривается в качестве ближайшего аналога изобретения по настоящей заявке.

В основу изобретения положено решение задачи создания такого способа очистки капиллярно-пористой среды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, который обеспечил бы эффективную очистку также при загрязнении очищаемой зоны тяжелыми металлами, их соединениями, фенолами и другими веществами, угнетающими жизнедеятельность нефтеокисляющих микроорганизмов.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе очистки капиллярно-пористой среды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, путем введения в зону очистки раствора нефтеокисляющих микроорганизмов, в зоне очистки размещают электроды - анод и катод, затем в зону очистки вводят электропроводящую жидкость, например воду, пропускают между электродами постоянный электрический ток для создания электроосмотического движения в зоне очистки, удаляют жидкость с загрязнениями, собирающуюся у катода, при этом контролируют концентрацию в зоне очистки веществ, угнетающих жизнедеятельность нефтеокисляющих микроорганизмов, и при снижении их концентрации до значений, безопасных для жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов, вводят содержащий их раствор в зону очистки.

Технический эффект, достигаемый при реализации данного способа, состоит в обеспечении возможности микробиологической очистки загрязненной нефтью и нефтепродуктами капиллярно-пористой среды даже, если она загрязнена веществами, угнетающими жизнедеятельность нефтеокисляющих микроорганизмов. Ни один из известных способов микробиологической очистки почвы, грунта и т.п. сред не является эффективным в таких условиях.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором дана схема, иллюстрирующая реализацию предложенного способа.

В зону очистки почвы, загрязненной нефтью, нефтепродуктами и солями тяжелых металлов, в конкретном примере, меди, цинка, свинца и кадмия, вводят электроды - анод 1 и катод 2. Расстояние между ними 1 м. Глубина погружения электродов - 1,5 м.

Анод представляет собой полую цилиндрическую трубу диаметром 70 мм, катод выполнен в виде трубы с изогнутой верхней частью такого же диаметра.

Погруженные в грунт участки анода и катода снабжены перфорацией, а их участки, находящиеся над поверхностью грунта, выполнены сплошными.

Источник 3 постоянного тока состоит из силового трансформатора и тиристорного выпрямителя. Выходное напряжение - 200 В. Верхняя изогнутая часть катода 2 выведена в накопительную емкость 4.

Предложенный способ реализуется следующим образом. В зону очистки через анод 1 вводят воду. Затем источник 3 постоянного тока подключают к электродам, положительный полюс - к аноду 1, отрицательный полюс - к катоду 2. При этом возникает электрическое поле с напряженностью 200 В/м.

Вблизи поверхности соприкосновения поровой влаги, присутствующей в капиллярно-пористой среде, со стенками поры всегда существует двойной электрический слой, т.е. две системы разноименно заряженных частиц: анионов и катионов. Эти системы зарядов представляют собой обкладки двойного электрического слоя. Одна из этих обкладок, анионы, адсорбционно связана со стенками поры и, практически, не может смещаться относительно них под действием электрического поля. Другая, "диффузная" обкладка, катионы, расположена в жидкости, заполняющей пору, и способна перемещаться под действием электрических сил, создаваемых с помощью электродов - анода и катода. Возникает электроосмотический поток жидкости, состоящий из почвенной влаги и воды, залитой в анод 1. Этим потоком в направлении к катоду 2 увлекаются катионы, находящиеся в зоне очистки, в том числе катионы тяжелых металлов (Cu, Zn, Pb, Cd). Кроме того, электроосмотический поток увлекает растворимые органические загрязнения, например, фенолы и частично нерастворимые нефтяные загрязнения.

Жидкость с загрязнениями поднимается в полости катода 2 и попадает в накопительную емкость 4, откуда ее удаляют и очищают известными способами. При этом периодически контролируют концентрацию в зоне очистки веществ, препятствующих жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов. Как только концентрация их снизится до значений, безопасных для жизнедеятельности этих микроорганизмов, подачу воды в анод 1 прекращают и вводят в зону очистки (путем орошения, при глубине до 0,3 м или через анод, при большей глубине зоны очистки), раствор, содержащий нефтеокисляющие микроорганизмы.

Далее микробиологическая очистка может производиться или при отключенном от электродов источнике 3 постоянного тока (глубина зоны до 0,3 м), или при пропускании электрического тока между электродами (глубина зоны очистки свыше 0,3 м).

В последнем случае в почве, очищенной от веществ, угнетающих жизнедеятельность нефтеоксиляющих микроорганизмов, продолжается электроосмотический процесс, обеспечивающий распределение микроорганизмов по всей зоне очистки, дополнительное снабжение их кислородом и удержание раствора с микроорганизмами в зоне очистки.

В описываемом ниже конкретным примере реализации заявленного способа использован раствор, содержащий консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов: Pseudomonas putida ПИ Ко-1 и Pseudomonas fluorescence ПИ-896 при весовом соотношении 5 и 9 мас.% соответственно.

Штамм Pseudomonas putida ПИ Ко-1 - мелкие короткие палочки, размеры: (0,2 - 0,3)·(0,5 - 0,8) мкм; колонии штамма круглые, гладкие, с блестящей поверхностью, слабовыпуклые, полупрозрачные, бесцветные, диметром 3 - 5 мм.

Штамм Pseudomonas fluorescence ПИ-896 - мелкие короткие палочки, размеры: (0,1 - 0,4)·(0,6 - 0,7) мкм; колонии штамма круглые, гладкие, с блестящей поверхностью, слегка приподнятые в центре, желтоватые, полупрозрачные, диаметром 4 - 6 мм.

В качестве наполнителя использован аэросил, минеральные добавки, мас.%: аммофос 1 и карбамид 2. Биопрепарат разводили водой в концентрации 9 г/л, при этом титр водного раствора составляет 1·10¹¹ кл/мл. Температура водного раствора нефтеокисляющих микроорганизмов составляет 20 - 22^oC.

Пример.

Грунт (пылеватый суглинок) загрязнен до глубины 1 м нефтепродуктами и тяжелыми металлами. Весовая влажность грунта в естественном состоянии - 19%, плотность - 1,67 г/см³. Средняя концентрация нефтепродуктов (бензина и дизельного топлива) - 6,2 г/кг. Грунт также загрязнен медью (концентрация 570 мг/кг), цинком (концентрация 880 мг/кг), свинцом (концентрация 240 мг/кг) и кадмием (концентрация 21 мг/кг).

В грунт установлены два полых трубчатых электрода (анод и катод), длиной 1,5 м, внешним диаметром 75,5 мм, толщиной стенки 4,5 мм.

Трубы перфорированы отверстиями диаметром 5 мм с шагом 7 см. Расстояние между анодом и катодом 1 м.

Максимальное напряжение источника постоянного тока - 200 В. При подаче полного напряжения ток в цепи первоначально равнялся 3 А, а температура в приэлектродной зоне на глубине 1 м - 15^oC. В анод два-три раза в день заливался раствор NaCl концентрацией 0,01 M. Из катода вода удалялась, после трех недель обработки ток в цепи вырос в 2,5 раза, а температура достигла 36^oC. Далее напряжение источника уменьшалось таким образом, чтобы температура оставалась практически неизменной. Очистка грунта осуществлялась в течение 90 суток. Биопрепарат был введен в грунт после 1 месяца обработки электрическим током. Пробы грунта отбирались один раз в месяц с поверхности и глубин 50 и 100 см.

После этого составлялась интегральная проба и производился анализ на суммарное содержание тяжелых металлов.

Результаты анализов приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить очистку грунта, загрязненного нефтепродуктами, и, одновременно, тяжелыми металлами при значительной глубине зоны загрязнения.

Таким образом, благодаря реализации изобретения обеспечивается микробиологическая очистка капиллярно-пористой среды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, в условиях наличия в ней веществ, угнетающих жизнедеятельность микроорганизмов.

При реализации изобретения используется несложное промышленное оборудование и, практически, любые известные биопрепараты, содержащие микроорганизмы - деструкторы нефти и нефтепродуктов.

Формула изобретения

Способ очистки капиллярно-пористой среды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, путем введения в зону очистки раствора нефтеокисляющих микроорганизмов, отличающийся тем, что в зоне очистки размещают электроды - анод и катод, затем в зону очистки вводят электропроводящую жидкость, например воду, пропускают между электродами постоянный электрический ток для создания электроосмотического движения жидкости в зоне очистки, удаляют жидкость с загрязнениями, собирающуюся у катода, при этом контролируют концентрацию в зоне очистки веществ, угнетающих жизнедеятельность нефтеокисляющих микроорганизмов, и при снижении их концентрации до значений, безопасных для жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов, вводят содержащий их раствор в зону очистки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2