Remediation technologies for historical oil waste

Full Text

Введение

Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами на всех этапах добычи, транспортировки и переработки углеводородов, а также аварийные ситуации, обусловленные как несовершенством техники, технологии, так и человеческим фактором, приводят к снижению качества окружающей среды. В этой связи вопросы восстановления и удаления отходов – нефтяных и буровых шламов, загрязненных нефтью грунтов, очистки загрязненных территорий являются актуальными для компаний в нефтегазовой отрасли.

В настоящее время существуют механические, физико-химические, биологические методы ликвидации нефтяных загрязнений почвы, которые в реальных условиях не дают должного эффекта, применение которых связано как с техническими, так и с экономическими сложностями.

Наиболее сложным является восстановление грунтов с историческими нефтяными загрязнениями, характеризующимися изменением водно-физических свойств почв вследствие «запечатывания» пор почвенного покрова смолисто-асфальтеновыми компонентами нефти, что приводит к нарушению влагообмена, дыхания и в конечном счете к полной деградации биоценоза.

Для восстановления исторических нефтезагрязнённых грунтов и очистки нефтезагрязнённых земель были рассмотрены следующие технологии и возможность их применения:

1. Термический метод (термодесорбционная установка) путём сжигания. Данная технология может обеспечить степень очистки загрязнённых грунтов до 0,5%. Этот метод является наиболее часто используемым, но неэкологичным, т.к. сжигание отходов приводит к выделению в атмосферу большого количества вредных веществ, и в качестве конечного продукта образуется «мёртвый» грунт.
2. Очистка почв и грунтов методом пиролиза или экстракции паром. Экономически неэффективна для восстановления больших объёмов загрязнённого грунта. Выемка загрязнённого грунта приводит к нарушению ландшафта местности.
3. Технология Трикантер (Tricanter®) предусматривает применение флокулянтов и деэмульгаторов и разделение разогретого до 90°C шлама на техническую воду, твёрдые вещества и нефтяную фазу. Данная технология может обеспечить степень очистки загрязнённых грунтов до 7–10%. Однако данная технология более эффективна для переработки жидких нефтешламов с высоким содержанием нефти и воды. Твёрдый осадок, образуемый после разделения фракций, требует дальнейшего восстановления и (или) удаления [1].
4. Метод биоремедиации. Направлен на очистку загрязнённого грунта и (или) участка территории на специально оборудованной площадке или непосредственно на месте разлива нефти. Метод биоремедиации предусматривает обработку загрязнённого грунта биопрепаратом на основе углеводородокисляющих микроорганизмов. Эффект биоремедиации усиливается при применении агротехнических мероприятий, которые улучшают водно-воздушную среду, стимулируют аборигенную микрофлору и улучшают процесс самоокисления поллютантов. Для биоремедиации требуются значительные площади и ограниченный период, возможность переработки – 9 месяцев в году. Тем не менее биоремедиация позволяет восстановить продуктивность и хозяйственную ценность земель, утерянную в результате загрязнения.
5. Технология биореакторной ремедиации. Основана на обработке загрязнённого грунта горячей водой с температурой 80–100°С, внесения биопрепарата с питательными элементами для активации углеводородокисляющих микроорганизмов после остужения среды до 37–40°С. Конечным продуктом восстановления отхода методом биореакторной ремедиации является очищенный грунт с содержанием нефти менее 1000 мг/кг (до 99,9%).
6. Технология восстановления почвы EGX. Основана на промывке почвы с использованием силы кавитации. Сила кавитации приводит к разрыву химических связей между атомами больших молекул углеводородных соединений, таких как парафины и надмолекулярные структуры нефти, присутствующие в нефтезагрязнённом грунте. Данная технология применяется для восстановления грунтов, загрязнённых тяжёлыми нефтями с высоким содержанием парафинистых фракций.
7. Технология автоматической биоремедиации нефтезагрязнённой почвы BioBox. Предусматривает фрезерование и смешивание почвы с питательными веществами (азот, фосфор, калий) и формирование блока «миля» определённой высоты, длины и ширины. С помощью сети трубопроводов в «мили» подаётся вода, смешанная с биопрепаратом и уровнем кислорода 90–200 мг/л, нагнетается сжатый воздух, что создает оптимальные условия для функциональной активности микроорганизмов, входящих в состав биопрепаратов. Данная технология применяется в тёплый период года.
8. Технология утилизации замазученного грунта с использованием энергоаккумулирующей добавки на основе гуматсодержащих композиционных материалов основана на свойствах оксидов щелочноземельных металлов, которые при взаимодействии с водой образуют гидроксид. Нефтепродукты адсорбируются гидроксидом с получением сухого порошкообразного вещества, состоящего из гранул (размерами 2–15 мм). Технология работает преимущественно в теплое время года [2–4].

Результаты и обсуждение

Поскольку большинство технологий эффективны только при определённом уровне загрязнения, для подбора соответствующей технологии проведен анализ содержания нефти в загрязнённых грунтах АО «Мангистаумунайгаз» (далее – ММГ), АО «Каражанбасмунай» (далее – КБМ), АО «Эмбамунайгаз» (далее – ЭМГ). В результате проведённых изысканий площади замазученных участков по степени загрязнения выявлено, что по ММГ более 85% загрязнённого грунта, подлежащего переработке, имеет среднюю (от 5 до 10%) и высокую (от 10 до 20% и более) концентрацию нефтепродуктов. На КБМ более 90% площади всей нефтезагрязнённой территории месторождения Каражанбас имеет степень загрязнения до 35%. На территории АО «Озенмунайгаз» (далее – ОМГ) свыше 49% нефтезагрязнённой площади имеет степень загрязнения до 20%, 50% площади имеет степень загрязнения более 20%.

Учитывая степень загрязнения грунтов для очистки исторических загрязнений, экономическую и экологическую эффективность, на ММГ применены технология BioBox для нефтегрунта со степенью загрязнения до 5% и комбинирование технологий промывки грунта EGX с методом биоремедиации BioBox для нефтегрунта со степенью загрязнения от 5% и выше.

Технология промывки грунта EGX позволит первоначально довести очистку грунта от нефти и нефтепродуктов до концентрации 6–8% и далее методом биоремедиации BioBox концентрация нефти и нефтепродуктов доводится до 1000 мг/кг (0,1%). Поскольку метод биоремедиации BioBox применяется в теплый период года, в зимний период путём кавитационной промывки подготавливается запас грунта для дальнейшей биоремедиации в весенне-осенний период в течение 9 мес.

На КБМ, ОМГ, ЭМГ и ТОО «Казахтуркмунай» (далее – КТМ) в связи со средней глубиной проникновения нефтепродуктов в грунт 8–30 см, а также наличием значительных территорий применена традиционная технология биоремедиации на месте без вывоза на специальную площадку с применением биопрепаратов «Мико-Ойл», «Бакойл-KZ» и др. На ОМГ также применён метод переработки нефтесодержащих отходов с использованием энергоаккумулирующей добавки на основе гуматсодержащих композиционных материалов. Данным методом восстановлено 316 тыс. т загрязнённого грунта.

На основе подобранных технологий с 2019 г. на контрактных территориях ЭМГ и с 2020 г. на ММГ, ОМГ, КБМ и КТМ проведены работы по восстановлению исторических нефтезагрязнённых грунтов и очистке нефтезагрязнённых земель (рис. 1).

 

Рисунок 1. Биоремедиация исторических нефтезагрязнённых земель

Figure1. Bioremediation of historically oil-contaminated lands

а) до очистки / before cleanup; б) после очистки / after cleanup

 

Рисунок 2. Объём восстановленных грунтов, тыс. т

Figure2. Volume of remediated soils, thousand tons

 

Анализ показал, что остаточное содержание нефтепродуктов в восстановленных грунтах соответствует установленным требованиям (не более 1000 мг/кг)¹ и составляет от 204,9 до 981,2 мг/кг. Общий объём восстановленных грунтов за период 2019–2024 гг. составил 4 362,2 тыс. т (рис. 2) [5–9].

ЭМГ и КТМ в 2022 г. завершили работы по очистке исторических нефтезагрязнённых земель. На ЭМГ восстановлено более 900 тыс. т исторически загрязнённого грунта и очищено более 130 га в пределах контрактных территорий, продолжается работа по ликвидации загрязнений за пределами контрактных территорий [9]. КТО полностью рекультивировал исторически загрязнённые земли на участках 984–985 км магистрального нефтепровода Узень – Атырау – Самара.

В 2024 г. на контрактной территории КБМ также полностью ликвидировал исторические загрязнения. На КБМ за период 2021–2024 гг. утилизировано свыше 518 тыс. т нефтеотходов, ликвидирован амбар с нефтеотходами в прибрежной зоне Каспийского моря, 3 ед. наземных амбара и очищены 246 нефтезагрязнённых участков на контрактной территории КБМ. На ОМГ и ММГ работы продолжаются.

Заключение

Технология кавитационной промывки грунта EGX в синергии с методом биоремедиации BioBox, традиционный метод биоремедиации, а также технология с использованием энергоаккумулирующей добавки на основе гуматсодержащих композиционных материалов являются эффективными при восстановлении исторических нефтезагрязнённых грунтов и очистки нефтезагрязнённых земель.

Остаточное содержание нефтепродуктов в очищенных грунтах соответствует установленным требованиям и составляет не более 1000 мг/кг.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: Идрисова Э.К. – определение научной проблемы, формулировка и написание ключевых целей, задач, выводов исследования; Салимгереев М.Ж. – формирование идеи, предоставление консультаций; Огай Е.К. – оказание поддержки в ходе написания статьи, формирование выводов; Атемова Г.Т. – сбор и анализ материалов, обработка и оформлении данных, написание текста статьи, отработка комментариев и замечаний.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. The greatest contribution is distributed as follows: Elmira K. Idrissova defined the research problem, formulated the key objectives and tasks, and drafted the main conclusions of the study; Malik Zh. Salimgereyev developed the initial concept and provided consultations; Yevgeniy K. Ogay supported the writing process and contributed to the formulation of conclusions; Gulshira T. Atemova collected and analyzed materials, processed and formatted the data, drafted the manuscript, and addressed reviewers’ comments.

 

¹ Экологические требования в области охраны и использования земельных ресурсов (в т.ч. земель сельскохозяйственного назначения). г. Астана, 2005 г. online.zakon.kz

About the authors

Elmira K. Idrissova

KMG Engineering

Email: E.Idrissova@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0000-2420-2350

Cand. Sc. (Biology)

Kazakhstan, Astana

Malik Z. Salimgereyev

KMG Engineering

Email: m.salimgereyev@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0003-0238-9574

Cand. Sc. (Geology&Mineralogy)

Kazakhstan, Astana

Evgeniy K. Ogay

KMG Engineering

Email: Y.Ogay@kmge.kz
ORCID iD: 0000-0002-5109-5623

Doct. Sc. (Engineering)

Kazakhstan, Astana

Gulshira T. Atemova

KMG Engineering

Author for correspondence.
Email: g.atemova@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0003-2317-4687

Cand. Sc. (Biology)

Kazakhstan, Astana

References

Supplementary files