Нефтешламы и методы их утилизации

В результате деятельности многочисленных промышленных предприятий металлургической, химической, машиностроительной, транспортной отрасли, а также при строительстве, разработке скважин, переработке и дальнейшей транспортировки нефти возникают побочные продукты, одними из которых являются нефтешламы.

Данный вид отходов представляет собой сложное коллоидное соединение. Смесь в которую кроме нефти, глины, песка, минералов и воды, входит большое количество токсичных и ядовитых элементов.

Что такое нефтешламы

Нефтешламы — многокомпонентные отходы нефтяной промышленности сложного состава. Образуются при добыче, транспортировке и переработке нефти на различных этапах. Представляют собой смесь нефтепродуктов, воды, механических примесей и химических веществ.

Структура нефтешламов неоднородна. Содержание компонентов варьируется в широких пределах в зависимости от источника образования. Нефтяная фракция составляет 10-90% от общей массы. Вода присутствует в количестве 5-80%. Механические примеси включают песок, глину и частицы металлов.

Физические свойства нефтешламов определяются соотношением компонентов. Плотность колеблется от 0,9 до 1,6 г/см³. Вязкость достигает нескольких тысяч сантипуаз при комнатной температуре. Цвет варьируется от светло-коричневого до черного.

Опасность нефтешламов для окружающей среды связана с токсичностью компонентов. Углеводороды нефти загрязняют почву и грунтовые воды. Тяжелые металлы накапливаются в живых организмах. Длительное время разложения приводит к накоплению отходов на территориях предприятий.

Объемы образования нефтешламов достигают миллионов тонн ежегодно. На нефтеперерабатывающих заводах формируется 3-5% от объема переработанного сырья. При добыче нефти образуется 0,5-2% от добытого объема. Очистка резервуаров дает до 500 тонн отходов с одной емкости.

Виды нефтешламов

Виды нефтешламов различаются по происхождению и составу. Классификация основывается на источнике образования отходов. Каждый тип требует специфических методов утилизации и переработки.

Придонные нефтешламы формируются при хранении нефтепродуктов в резервуарах:

Образуются на дне емкостей во время длительного хранения нефти и нефтепродуктов. Осаждение механических примесей происходит под действием гравитации.
Содержат высокую долю воды и твердых частиц. Концентрация нефтяной фракции составляет 30-60% от массы.
Накапливаются со временем и снижают полезный объем резервуаров. Требуют периодической очистки емкостей.
Имеют плотную консистенцию и высокую вязкость. Извлечение затруднено без специального оборудования.

Нефтешламы очистных сооружений образуются при обработке промышленных стоков:

Формируются в процессе очистки сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий. Содержат эмульгированные нефтепродукты и химические реагенты.
Состав включает органические соединения, соли тяжелых металлов и поверхностно-активные вещества. Концентрация нефти составляет 10-40%.
Объем образования зависит от производительности очистных сооружений. На крупных заводах достигает сотен тонн в месяц.

Буровые нефтешламы появляются при бурении скважин:

Образуются при промывке буровых скважин специальными растворами. Содержат частицы выбуренной породы и химические добавки.
Состав определяется типом бурового раствора и геологическими условиями. Нефтяная составляющая присутствует в количестве 5-30%.
Представляют опасность для окружающей среды из-за токсичных химических компонентов. Требуют специальной утилизации.

Нефтешламы аварийных разливов формируются при чрезвычайных ситуациях:

Образуются при авариях на трубопроводах, танкерах и буровых платформах. Смешиваются с почвой, водой и растительностью.
Состав зависит от типа разлитых нефтепродуктов и условий окружающей среды. Содержание механических примесей достигает 70-80%.
Объемы варьируются от нескольких тонн до тысяч тонн в зависимости от масштаба аварии. Требуют немедленных способов ликвидации.

Грунтовые нефтешламы возникают при загрязнении территорий предприятий. Образуются при длительной эксплуатации нефтяных объектов. Нефтепродукты проникают в почву и смешиваются с грунтом. Концентрация нефти составляет 3-20% от массы.

Как образуются нефтешламы

Нефтешламы образуются на различных стадиях работы с нефтью и нефтепродуктами. Процесс формирования отходов связан с технологическими особенностями производства. Источники образования определяют состав и свойства шламов.

При добыче нефти шламы формируются в процессе первичной обработки:

Отделение попутной воды приводит к образованию водонефтяных эмульсий. Стабильные эмульсии накапливаются в отстойниках и резервуарах.
Механические примеси поступают вместе с пластовой жидкостью. Песок, глина и частицы породы оседают на дне емкостей.
Химические реагенты для разрушения эмульсий образуют устойчивые соединения. Накапливаются в составе нефтешламов со временем.

Транспортировка нефтепродуктов создает условия для образования отходов:

Очистка трубопроводов от парафиновых отложений дает шламы с высоким содержанием твердых углеводородов. Концентрация нефтяной фракции достигает 70-80%.
Промывка танкеров и железнодорожных цистерн формирует жидкие нефтешламы. Смешивание остатков разных нефтепродуктов усложняет состав отходов.
Аварийные ситуации на транспорте приводят к образованию грунтовых нефтешламов. Разлитые нефтепродукты смешиваются с почвой и другими материалами.

Переработка нефти на заводах является основным источником образования шламов:

Атмосферные резервуары накапливают придонные отложения. За год эксплуатации образуется слой толщиной 5-10 см на дне емкости объемом 5000 м³.
Очистные сооружения генерируют нефтешламы из промышленных стоков. Процесс отделения нефтепродуктов от воды дает осадок концентрацией 15-35%.
Технологическое оборудование при остановках на ремонт требует очистки. Удаление отложений из теплообменников и ректификационных колонн дает высоковязкие отходы.
Системы охлаждения образуют шламы при обработке оборотной воды. Нефтепродукты смешиваются с механическими примесями и химическими реагентами.

Хранение нефтепродуктов в резервуарах со временем приводит к накоплению:

Расслоение жидкости на фракции происходит при длительном отстаивании. Тяжелые компоненты и вода оседают на дно.
Окисление нефтепродуктов кислородом воздуха образует смолистые вещества. Повышается вязкость придонного слоя.
Коррозия стенок резервуаров добавляет частицы металлов в состав шламов. Содержание железа достигает 2-5% от массы отходов.

Климатические факторы влияют на образование нефтешламов. Перепады температуры вызывают конденсацию воды в резервуарах. Замерзание воды зимой усложняет извлечение шламов. Высокие температуры летом ускоряют окисление нефтепродуктов и формирование отложений.

Состав и свойства

Состав нефтешламов определяется источником образования и условиями формирования отходов. Основные компоненты включают нефтяную фракцию, воду и механические примеси. Соотношение составляющих варьируется в широких пределах.

Нефтяная фракция представлена различными углеводородами:

Легкие фракции содержат углеводороды С5-С15 в количестве 5-20% от нефтяной части. Обладают высокой летучестью и токсичностью.
Средние фракции включают соединения С15-С25 и составляют 30-50% состава нефти в шламах. Представлены дизельными и керосиновыми фракциями.
Тяжелые фракции содержат углеводороды выше С25 в концентрации 30-60%. Включают масла, парафины и смолистые вещества.
Асфальтены присутствуют в количестве 5-15% от нефтяной фракции. Повышают вязкость и затрудняют переработку нефтешламов.

Водная фаза составляет значительную часть состава отходов. Содержание воды колеблется от 10% до 80% в зависимости от типа шламов. Вода присутствует в свободном и связанном состоянии. Эмульгированная вода образует устойчивые системы с нефтепродуктами.

Минерализация водной фазы достигает 10-50 г/л солей. Состав солей включает хлориды, сульфаты и карбонаты. Присутствуют растворенные тяжелые металлы и другие токсичные соединения.

Механические примеси представлены твердыми частицами различной природы:

Частицы породы включают песок, глину и ил в количестве 5-40% от массы шламов. Размер зерен варьируется от долей микрометра до нескольких миллиметров.
Продукты коррозии содержат оксиды и гидроксиды железа концентрацией 1-5%. Ускоряют окисление нефтепродуктов в процессе хранения.
Органические примеси включают частицы растений, микроорганизмов и другие биологические остатки. Присутствуют в нефтешламах аварийных разливов.

Физико-химические свойства определяют поведение нефтешламов:

Плотность зависит от соотношения компонентов и температуры. Значения составляют 0,9-1,6 г/см³ при 20°С.
Вязкость варьируется от нескольких сотен до десятков тысяч сантипуаз. Высокая вязкость затрудняет перекачку и переработку отходов.
Температура застывания определяет условия хранения. Для большинства нефтешламов составляет от -10°С до +30°С.
Содержание воды влияет на эффективность методов утилизации. Обезвоживание является необходимым этапом переработки.

Химический состав включает разнообразные соединения. Содержание серы достигает 0,5-3% от массы нефтяной фракции. Азотистые соединения присутствуют в количестве 0,1-1%. Кислородные соединения представлены нафтеновыми кислотами и фенолами.

Тяжелые металлы накапливаются в составе нефтешламов. Концентрация железа достигает 5000-10000 мг/кг. Содержание ванадия и никеля составляет 50-500 мг/кг. Присутствуют свинец, кадмий и другие токсичные металлы.

Токсичность нефтешламов обусловлена комплексом компонентов. Полициклические ароматические углеводороды обладают канцерогенными свойствами. Летучие органические соединения токсичны при вдыхании. Тяжелые металлы накапливаются в живых организмах и окружающей среде.

Основные риски

Нефтешламы по классификации опасности для экологии и человека относятся к третьему классу. С ними связаны следующие риски:

Вероятность появления у человека и животных онкологических заболеваний. Провоцирует сбои в работе человеческого организма, нарушение нормального функционирования таких органов как сердце, печень, головного мозга.
Мутации у диких животных, замедление их размножения.
Даже небольшая концентрация нефтешлама в грунте наносит серьезный удар растительности, замедляя прорастание семян.
Кроме почвы загрязняются водоемы и воздух сероводородом, углеводородом и т.д.

Методы утилизации

Выбор определенного способа переработки данного вида отходов, зависит от состава и типа нефтешлама. Перечислим основные из них:

Термический. Он является наиболее используемым на данный момент. Шлам сжигается в специализированных печах, установках при температуре от 800 до 1200°С. Минусом данного подхода является возникновение при сгорании вредных, токсичных веществ (диоксины, фураны и др.), попадающих в атмосферу. Так же его нельзя применять если отходы содержат серу, галоген или фосфор.
Химический. Здесь применяются специальные реагенты. Отходы растворяют, а потом от них отделяют твердые и жидкие примеси. Продукты переработки могут быть использованы повторно. При этом данный метод требует высокотехнологичных приспособлений, органических растворителей и соответственно значительных финансовых расходов.
Биологический. В основе данной технологии лежит применение штаммов бактерий и биогенных добавок. Микроорганизмы обладают способностью поглощать и перерабатывать элементы нефти. К главным достоинствам этого способа можно отнести безопасность для окружающей среды и простоту процесса. Тем не менее невозможность его использовать при низких температурах и не высокая производительность, делают его недостаточно эффективным.
Физико-химический. Процедура подразумевает несколько этапов. Разрушение эмульсии воды и нефти при помощи подогрева. Ввод флокулянта для начала процесса коагуляции. Отделение твердых элементов от шлама в центрифуге. Фильтрация. Метод довольно дорогостоящий и абсолютно не применим к высоковязким нефтешламам с высоким процентом парафинов.

Оборудование применяемое при утилизации

Следующая техника и оборудование используется в процессе работы:

герметичные резервуары для хранения, отстаивания и заморозки;
погружные насосы для очистки и откачивания емкостей с отходами;
фильтрующие установки;
центрифуга;
специализированные печи для сжигания шлама камерного, надспоевого, циклонного типа.

Правила утилизации нефтешлама зафиксированы в российском законодательстве, где главным принципом является максимально возможная безопасность для экологии и населения. Наша компания выполняет утилизацию отходов согласно действующим экологическим нормам и с гарантией безопасности.