TECHNOLOGY OF REAGENT CAPSULATION

1. Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
УДК 614.7:615.83
Е.Г. Холкин, E.G. Kholkin, e-mail: holkin555@mail.ru
Л.О. Штриплинг, L.O. Shtripling, e-mail: losht59@mail.ru
Ю.А. Краус, Y.A. Kraus
В.В. Токарев, V.V. Tokarev
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ТЕХНОЛОГИЯ РЕАГЕНТНОГО КАПСУЛИРОВАНИЯ
КАК ОПЕРАТИВНЫЙ МЕТОД ПРЕОДОЛЕНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ
АВАРИЙНЫХ РОЗЛИВОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ
TECHNOLOGY OF REAGENT CAPSULATION
AS OPERATIONAL METHOD OF OVERCOMING
OF CONSEQUENCES OF EMERGENCY POURINGS OF OIL PRODUCTS
Описан метод реагентного капсулирования в применении к почвам и грунтам, загрязнённым нефтью и
её компонентами. Исследована возможность утилизации капсулированного нефтезагрязнённого материала при
дорожном и промышленном строительстве, а также применение метода фиторемедиации к капсулированным
нефтезагрязнённым материалам при рекультивации.
The method of reagent capsulation in application to soils and the soil polluted by oil and its components is de-
scribed. Possibility of utilization of the encapsulated petropolluted material is investigated at road and industrial con-
struction, and also application of a method of a fitoremediation to the encapsulated petropolluted materials at recultiva-
tion.
Ключевые слова: защита окружающей среды, реагентное капсулирование, оперативные методы пре-
одоления загрязнений грунта нефтью и её компонентами
Keywords: environment protection, reagent capsulation, operational methods of overcoming of pollution of
soil oil and its components
Нефтегазовый комплекс по уровню техногенного влияния на окружающую среду за-
нимает одно из первых мест в мире, загрязняя практически все компоненты природной сре-
ды. Загрязнение происходит на всех этапах: при строительстве и эксплуатации скважин;
транспортировке и переработке углеводородного сырья, однако при существующем уровне
техники и технологиях, исключить этот процесс полностью нельзя. При этом одной из наи-
более актуальных задач является проблема оперативного обезвреживания нефтезагрязнен-
ных материалов, которая особенно остро проявляется в условиях Крайнего Севера.
Предлагается метод реагентного капсулирования более известный на Западе как
«Технология DKR» [1]. Данный метод обезвреживания заключается в физико-химическом
преобразовании под воздействие реагента загрязнённых материалов в дисперсное твёрдое
вещество. Каждая частица переработанного материала представляет собой капсулу, внутри
которой находится загрязнённый материал, покрытый прочной водонепроницаемой биоло-
гически нейтральной для природной среды оболочкой.
Реализация метода реагентного капсулирования в отношении почв и грунтов, загряз-
нённых нефтью и её компонентами, может осуществляться с применением доступных реа-
гентов и несложных технических средств, например, при обработке нефтешлама реагентом
на основе кальция [2].
Оксид кальция реагирует с водой (см. рис. 2.2 а) с увеличением поверхности, образуя
Са(ОН)2 (рис. 1а, поз. 1):
CaO+ H2O → Ca(OH)2
,
264
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014

2. если гидроокись кальция в дальнейшем взаимодействует с углекислотой, содержащейся в
воздухе, то образует трудно растворимый карбоната кальция:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O .
Рис. 1. Схематичное изображение принципа действия
При перемешивании оксида кальция сначала загрязненным веществом (рис. 1б), а за-
тем с водой, загрязненное вещество гомогенно диспергируется (рис. 1б, поз. 2), при этом на
поверхности диспергированных частиц загрязняющего материала образуется кристалличе-
ская корка из трудно растворимого карбоната кальция. Она действует как защитный, изоли-
рующий инертный слой, который с течением времени, т. е. при продолжающемся воздейст-
вии двуокиси углерода воздуха, может дополнительно увеличивать свою толщину [2].
Однако при наличие в обрабатываемом материале водной фазы, оксид кальция вследст-
вие своей гидрофильности моментально начнет взаимодействовать с водой и гомогенного дис-
пергирования органической фазы не произойдет (рис. 1 в), компоненты нефти не вступят в ре-
акцию и образуют с ней неоднородную пастообразную массу (рис. 1в, поз. 3).
Для того, чтобы этого не происходило, известь предварительно обрабатывают гидро-
фобизирующим средством [2] в результате чего реагент на первом этапе поглощает гидро-
фобную органическую фазу и после этого реагирует с присутствующей водой, образуя вы-
шеуказанный твердый порошкообразный материал (рис. 1 г, поз. 2).
Внешний вид исходного и полученного продукта представлен на рис. 2.
Реагент
Рис. 2
265
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
Однако полученный в ходе реакции капсулированный материал по прежнему является
отходом, хотя и с более низким классом опасности, и подлежит захоронению или утилиза-
Нефтешлам
Капсулированныйотход

3. ции.
В ходе экспериментальных исследований [3] было выявлено, что длительное хранение
на полигоне (в том числе при контакте с водой), сезонные колебания температур, реальные
кислотные дожди с содержанием серной и азотной кислот не приводят к деструкции капсул
и к выходу нефти в окружающую среду. Более того, с течением времени происходит упроч-
нение капсул за счет роста их карбонатной оболочки [4]: минимальное давления, при
котором наступает разрушение капсул 3-х лет хранения сотавляет 1,9 МПа, 6-ти лет
хранения – 8 МПа, а разрушений капсул 9-ти лет хранения при давлении 10 МПа не
наблюдалось.
Внешний вид капсул, напоминающий песчаную смесь, инертность, по отношению к
окружающей среде, и высокая прочность позволили предположить возможность использова-
ния капсул после более 3-х лет хранения в качестве замены песка, весьма дорогого в услови-
ях Севера, например в подсыпку дорожного полотна в том числе и под бетонное или асфаль-
товое покрытие, подсыпку под фундаменты емкостей хранения нефтепродуктов и т.д., при
этом развиваемые в процессе уплотнения грунта асфальтовыми катками и в период эксплуа-
тации дорожного полотна большегрузным автомобильным транспортом контактное давление
непосредственно передаваемые шинами на покрытие не превышают 2 МПа, а под основани-
ем емкостей 0,2 МПа.
Кроме того, в ходе исследования [5] возможности рекультвации почв с капсулирован-
ным материалом, было выявлено изменение их щелочных свойств, приводящее к угнетению
роста растений, что в случае использования капсул в качестве подсыпки в дорожном и про-
мышленном строительстве также положительно характеризует данный способ утилизации.
Также было выявлено, что применение метода фиторемедиации к капсулированным
нефтезагрязнённым материалам возрастом до 3 лет по всем исследуемым параметрам оказа-
лось весьма эффективным. Корневая система растений способствует усилению газообмена
слоев почвы и воды и способствует развитию нефтеокисляющей микробиоты в естественной
среде. За счет биологически активных корневых выделений значительно усиливается эффек-
тивность работы микроорганизмов. В трехлетних образцах грунта подобранные пропорции
смешивания с биопочвой 1/3, 1/2, 2/3 показали равные положительные результаты. Поэтому,
исходя из экономических соображений, наиболее оптимально использование 1/3 части био-
почвы.
Таким образом, капсулированный материал можно использовать в дорожном и про-
мышленном строительстве, а также для санации нефтезагрязнённых грунтов и почв на мес-
тах разлива нефти и нефтепродуктов.
Библиографический список
1. Бельзинг, Ф. Технология ДКР / Ф. Бельзинг. – Гановер, 1988. – 117 с.
2. Логунова, Ю. В. Применение технологии обезвреживания отходов транспорта неф-
ти в условиях Севера / Ю. В. Логунова, В. В. Токарев, Л. О. Штриплинг // Нефтегазовый
терминал. – 2008. – Вып. 2. – С. 43–45.
3. Переработка и утилизация нефтешлама и нефтезагрязнённых материалов, обра-
зующихся в местах добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья : моно-
графия / Л. О. Штриплинг [и др.] / М-во обр. и науки РФ, ОмГТУ. – Новосибирск : СО РАН,
2013. – 176 с.
4. Исследование возможности рекультивации или утилизации обезвреженных нефте-
загрязненных материалов после применения метода реагентного капсулирования / Л. О.
Штриплинг, В. В. Токарев, Ю. А. Краус, С. В. Белькова // Защита окружающей среды в неф-
тегазовом комплексе. – 2012. – № 12. – С. 44–46.
266
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
5. Анализ возможности применения фиторемедиации для рекультивации замазучен-
ных грунтов после применения метода реагентного капсулирования / Л. О. Штриплинг, В. В.
Токарев, Ю. А. Краус, С. В. Белькова // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы земли. Чело-
век. – 2012. – № 2(114). – С. 215–217.