Способ обработки твердых отходов и шлама, загрязненных масляными остатками
Изобретение предназначено для биологической обработки шлама и масляных остатков, полученных от переработки или экстракции сырой нефти. Шлам обрабатывают при 40-110oС экстракцией нелетучим органическим растворителем в соотношении 0,1-3:1 с углеводородами шлама, полученный твердый остаток промывают, а образовавшуюся после промывки водную фазу направляют на биоокисление. При этом твердый остаток промывают всплывающей жидкостью, образовавшейся на стадии биоокисления, или непосредственно культуральным бульоном в соотношении 5-15:1 с указанным твердым остатком. Способ позволяет интенсифицировать процесс обработки шлама за счет ускорения биологических процессов при сохранении высокой степени очистки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.
Настоящее изобретение относится к способу биологической очистки грязи и маслянистых остатков, образовавшихся в нефтяной и нефтехимической промышленности.
Источником материалов такого рода являются хранение сырой нефти, промежуточных и конечных продуктов нефтяного происхождения, химическая переработка нефти и случайные загрязнения почвы углеводородами. Они образуются в большом количестве. Недавние оценки показывают, что американская и европейская нефтеперерабатывающая промышленность производят соответственно 2,5 и 0,8 млн. тонн в год шламов (грязи). Итальянский закон классифицирует технологический шлам, образующийся в результате хранения нефтяных продуктов, как ядовитые и вредные отходы и предусматривает их сброс на свалки третьей категории типа C. Американский закон (Закон о сохранении и восстановлении ресурсов) классифицирует шлам, образовавшийся на нефтеочистительных заводах, как "опасный" и содержит специальную классификацию шламов: водогрязевой отстой на дне хранилищ свинцовых дистиллятов (код ЕРА K 052); шлам из сепараторов Американского нефтяного института API (системы отделения нефтеводяных твердых веществ перед установками водоочистки, код ЕРА K 051); материал, образующийся из воздушной флотации водомасляных смесей (код ЕРА Л 048); водомасляные эмульсии (некондиционная масляная эмульсия, код ЕРА K 049); шлам, образовавшийся при чистке теплообменников (код ЕРА К 050); первичный шлам, полученный из водохранилищ и установок разделения водомасляных эмульсий (код EPA F 037); вторичный шлам, поступающий из флотационных установок и другого оборудования для сбора водомасляных отходов (код EPA F 038). Эти материалы могут быть обезврежены путем терморазрушения, захоронения или компостирования. В случае применения последних способов, Американский закон (Закон об обезвреживании опасных и твердых отходов), (1984 г.) предписывает предварительную обработку для достижения стандартов BDAT (Наилучшая из имеющихся продемонстрированных технологий). Эти стандарты были установлены EPA в конце 1980-х годов для шлама типа K и в 1992 году для шлама типа F. Для этих последних отходов, однако, принятие предельных норм BDAT было отложено до 1994 года. Содержащиеся в них ограничения касаются наиболее важных ароматических полициклических углеводородов (антрацен, бензоантрацен, бензопирен, хризен, нафталин, фенантрен и пирен), наиболее важных тяжелых металлов (хром и никель) и органических молекул с высокой токсичностью (бензол, этил- и бутилфталат, этилбензол, фенол, фенол, толуол, ксилол, крезолы и цианиды). Воздействие принятия этих новых стандартов на американскую нефтеперерабатывающую промышленность значительно. И действительно, согласно оценкам, стоимость обработки этих отходов, указанная в сумме прибл. 40 млн. долларов в 1992 году, возрастает до 240 млн. долларов в 1994 году. В Европе стандарты, регулирующие обезвреживание отходов, загрязненных углеводородами, неодинаковы в различных странах. Однако, во всяком случае, на обезвреживание отходов, образующихся на одном только нефтеперерабатывающем заводе, расходуется свыше 38 млн. долларов ежегодно. Нефтяная промышленность принимает очень строгие правила по защите окружающей среды, которые характеризуются следующими главными подходами: предотвращение загрязнения путем минимизации объема образующегося шлама; возврат шлама в производственные установки для повторного использования (коксовые завода и каталитический крекинг);термическая обработка, вне границ нефтеочистительного завода, в централизованных мусоросжигательных установках или печах для цемента (обработка вне границ завода);
очистка в границах нефтяных заводов (обработка в границах завода) с помощью экстракции растворителем, термической десорбции, биохимической очистки);
Среди процессов, проводимых в границах завода, могут быть отмечены оригинальные физико-химические подходы. В патенте США 4971703 (Battelle Memotial Institute) предлагается, например, способ разрушения типичных масляных эмульсий, таких как шлам из отделителей API и систем воздушной флотации. Способ основан на нагревании до высокой температуры (равной или выше чем 300oC) и высоком давлении (выше чем давление водяного пара). Обработку продолжают в течение периода времени, обеспечивающего разделение масляного потока, который может быть возвращен на нефтеперерабатывающую установку, водный поток, который направляют на установки обработки воды, и небольшой поток с высоким содержанием твердых веществ, который может быть смешан со сточными водами. Патент EP 372761 A2 (Стандард Ойл Компани) и родственные ему патенты предлагают, вместо экстракционных технологий с использованием растворителя нежелательных продуктов из шлама с нефтеперерабатывающих заводов как такового, подвергать шлам с нефтеочистительного завода обезвоживанию и экстракции сырого продукта из него. Среди технологий обработки, осуществляемых в границах завода, предпочтение в общем отдается биологическим технологиям. И действительно, они характеризуются минимальным количеством сбрасываемых в окружающую среду отходов с меньшими проблемами, возникающими в последующем с их обезвреживанием. Например, в Соединенных Штатах управление биологическими установками регулируется федеральными законами, определяемыми Законом о чистой воде. Они, следовательно, освобождены от необходимости получения лицензий на ведение процесса, выдача которых со стороны предполагаемых организаций (Закон о сохранении и восстановлении ресурсов) часто оказывает влияние на экономическую осуществимость процессов обработки в границах завода. Как сообщается, процессы биологического типа применяются в следующих масштабах: а) лабораторный масштаб (60-литровый реактор), б) демонстрационный масштаб (мобильная установка, испытанная в начале 1992 года на нефтеперерабатыващем заводе фирмы Галф Коаст) и в) промышленный масштаб (осуществлен на прежнем нефтеперерабатывающем заводе Шугар Крик фирмы Амоко, Монтана, и Френч Лимитед Суперфанд, Техас). Эти способы основаны на следующей схеме. Нефтяной (маслянистый) шлам (фиг. 1) при соответствующих условиях процесса подается на фазу предварительной обработки, осуществляемую, чтобы извлечь большую часть содержащейся маслянистой фазы, и снизить количество органического материала, который направляется в секцию биологической очистки. Предварительная обработка обычно осуществляется с трехфазными декантирующими центрифугами или с фильтрующими системами, работа которых может быть облегчена путем рециркулирования обработанного шлама. Процесс биоокисления проводится непосредственно на твердом материале, полученном с фазы предварительной обработки. При этих условиях процесс осуществляется при весьма длительных временах пребывания (прибл. 30 дней). Когда необходимо, проводится стабилизация, чтобы избежать сброса возможно присутствующих в шламе тяжелых металлов, в то время как окончательное обезвоживание имеет целью снизить объем обработанного материала. Теперь найден способ, который улучшает растворы, предложенные до сих пор, для биологической обработки шлама и маслянистых остатков, получаемых с установок переработки или извлечения (экстракции) сырой нефти. Этот способ может быть применен для очистки одного только шлама, его смесей и подходящих сочетаний шлама и маслянистых эмульсий. В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу обработки твердых отходов и шлама, загрязненных маслянистыми остатками, включающему следующие стадии:
(a) предварительная обработка при 40-110oC посредством по меньшей мере одной экстракции нелетучим органическим растворителем в соотношении 0,1-3:1 с углеводородами для отделения маслянистой фазы от твердого остатка;
(b) промывка твердого остатка, образовавшегося на стадии (a), надосадочной (всплывающей) жидкостью, поступающей со стадии (c), в соотношении 5-15: 1 с указанным твердым остатком;
(c) биоокисление промывной среды углеводородокисляющей микробной смесью и высокопроизводительным поверхностно-активным биовеществом. Способ теперь поясняется со ссылкой на блок-схему фиг. 2. Предварительная обработка маслянистого шлама, всегда проводимая с целью возврата в процесс большей части маслянистой фазы и снижения количества, подаваемого в биологическое отделение (секцию), осуществляется путем экстракции нелетучим органическим растворителем, предпочтительно бензином, в одну или более стадий, противотоком или перекрестными токами. Растворитель используется в соотношении 0,1-3: 1 (предпочтительно в соотношении 1:1) в отношении углеводородов, присутствующих в шламе. Каждая стадия предварительной обработки осуществляется с помощью оборудования для смешения шлама и растворителя и оборудования для разделения фаз. Смешение может быть осуществлено в подходящих перемешиваемых емкостях, в то время как разделение может быть проведено в центрифугах и/или осадителях и/или статических или вибрационных решетках и/или фильтрах. Во время предварительной обработки температура материалов доводится до таких значений (40-90oC), которые позволяют уменьшить консистенцию шлама, обеспечивать его хорошую текучесть и получить принудительную пастетизацию материала, направляемого на последующую биологическую обработку. Это обычно происходит при 90oC. Твердый остаток, получаемый после предварительной обработки, подвергают процессу промывки культуральным бульоном, получаемым на последующей стадии биоокислительной обработки, или всплывающей жидкостью, образующейся во время операции разделения биомассы, содержащейся в культуральном бульоне. Удаление маслянистой фазы, содержащейся в остатке, образовавшемся на стадии предварительной обработки, облегчается присутствием всплывающих жидкостей, продуцированных соответствующим образом подобранными штаммами микробов в биоокислительном реакторе. Промывка также проводится в виде многофазного (обычно трехфазного) процесса. Для этой цели может быть использовано оборудование, подобное тому, которое применяется для предварительной обработки. Параметры процесса промывки зависят от типа обрабатываемого материала. Однако промывная жидкость применяется в большом избытке (например 5-15:1 для остатков, полученных из обычных резервуарных остатков), и когда необходимо, температурные условия повышаются (30-90oC), а также и pH (7-12), чтобы обеспечить удаление маслянистой фазы до уровня, требуемого законом. В предпочтительных условиях соотношение водная фаза: твердая фаза равно 15:1, температура составляет приблизительно 35oC и pH 7,5. Биоокисление маслянистой фазы, присутствующей в водной промывной среде, проводится в обычных ферментерах типа реакторов непрерывного перемешивания (CSTR). В соответствии с настоящим изобретением можно достичь почти полного разложения подаваемых углеводородов на время их пребывания менее одного дня, инокулируя ферментер подходящей смесью углеводородокисляющих штаммов микроорганизмов и высокопроизводительными источниками поверхностно-активного биовещества. Когда требуется, отделение биологического ила, полученного в результате разложения углеводородов, может быть произведено с помощью обычных сепарационных устройств, таких как центрифуги и фильтры. Однако следует отметить, что для некоторых типов шлама (ила) эту операцию можно исключить, и промывка осадка может быть осуществлена с большим преимуществом, работая с культуральным бульоном (бульонной культурой) как таковым. Способ согласно настоящему изобретению имеет следующие основные преимущества:
максимальный рецикл углеводородов, которые дополнительно извлекаются, может быть получен путем расслоения из водного потока, направляемого в биореактор;
облегчение микробного воздействия благодаря большей доступности углеводородов, присутствующих в растворенной или диспергированной форме в потоке на входе в биологическую систему;
максимальные поверхностно-активные возможности ферментационного бульона, которые используются также за пределами биоокислительной системы (фаза экстракции предварительно обработанного остатка);
использование биологических реакторов без твердой фазы внутри, следовательно, подобных ферментерам обычного типа;
возможность применения биологических процессов обычного типа, работающих при максимальной микробной концентрации, с самоулучшающейся производительностью (максимальная концентрация менее доступных углеродных форм) и самоуравновешиванием (ослабление взаимодействий благодаря изменению характеристик питающего потока);
контроль за развитием патогенных штаммов микробов. С практической точки зрения, все это приводит к значительному облегчению биологического процесса, что проявляется в резком уменьшении времени пребывания (с приблизительно 30 дней в других биологических процессах до 0,5-1 дня) и более легком и надежном управлении процессом. Нижеследующие примеры дают лучшее представление об изобретении, но не ограничивают его никоим образом. Пример 1. Первоначальный инокулят (посевной материал) был получен из микробных популяций, классифицированных как непатогенные для человека или животных, содержащихся в нефтяном шламе, в шламе, полученном с водоочистных установок нефтеперерабатывающих заводов, и почве, хронически загрязненной углеводородами. Проводились соответствующие процедуры подбора наиболее подходящей микробной комбинации и улучшения ее разлагающей активности, используя, в непрерывной культуре, двухкаскадные ферментеры с полезным объемом 0,5 и один литр соответственно. Они были оснащены турбинными механическими мешалками, разбрызгивателями для ввода воздуха и системой автоматического контроля pH. Ферментеры загружались с минимальным количеством стерилизованной соленой среды, имеющей следующий состав (г/л); MgSO4

Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4