D.V. Konnov, I.S.Pashkovsky, "Geolink Consulting"
1. Introducere
În prezent, în lume există o practică extinsă de curățare a solului și a apelor subterane cauzate de poluarea produselor petroliere. astfel de metode sunt acum utilizate pe scară largă pentru a elimina contaminanții produs ca ulei poluant evaporare în sol, curățare biologică, depozitarea solului, urmată de auto-curățare, excavarea solului contaminat, urmată de dumping sau de tratament termic. Dintre toate produse petroliere poluarea solului ulei de lichidare a consecințelor tehnologiei, cel mai bland pentru mediu este în bioremedierea siturilor contaminate. Avantajul său este simplitatea relativă a implementării tehnologice a instalării și funcționării, precum și costurile financiare relativ scăzute. Acesta a fost utilizat pe scară largă în multe țări timp de 29 de ani și a fost utilizat cu succes în purificarea solului de la benzină, motorină și alte produse petroliere.
Purificarea biologică este introducerea în sol a bacteriilor capabile să descompună produsele petroliere și să producă substanțe care promovează curățarea sa rapidă (agenți tensioactivi biogeni); substanțele necesare creșterii lor, precum și alte măsuri pentru a crea condițiile cele mai favorabile pentru acestea. Principiul organizării unui sistem biologic de curățire a solului la locul poluării (in situ) este prezentat în Fig.
Fig.1. Schema procesului de curățare a solului din produsele petroliere prin introducerea de microorganisme oxidante în ulei
În prezent, în procesul de biopurificare se folosesc în principal bacterii aerobe. Studiile au demonstrat capacitatea lor de a descompune în mod activ hidrocarburile, cerințe identificate pentru condițiile cele mai favorabile creșterii. Metabolismul lor a fost studiat în detaliu și a arătat că produsele de procesare prin microorganisme a produselor petroliere nu sunt periculoase pentru oameni și mediu.
La etapa de planificare și implementare a proiectului bioremediere pentru a evalua timpul de curățare (și, prin urmare, costul lucrărilor), precum și alegerea parametrilor optimi ai procesului tehnologic, previziunile de curățare corespunzătoare a prezentat progresele înregistrate în toate etapele. Pentru astfel de predicții, modelarea matematică este utilizată pe scară largă.
În această lucrare propunem un model de biodegradare și transfer de masă a produselor petroliere în zona de aerare, ținând cont de principalele procese care apar în timpul purificării solului. Aplicabilitatea modelului este luată în considerare pe baza datelor de teren și a rezultatelor experimentelor de laborator.
2. Modelul matematic
Sunt luate în considerare procesele principale care apar în timpul curățării solului din contaminarea produselor petroliere prin aplicarea periodică a unei soluții biologice. Pe baza literaturii disponibile și datele experimentale au fost luate în considerare următoarele procese - o descompunere a creșterii bacteriilor de petrol si moartea bacteriilor, dezvoltarea bacteriilor surfactanti, transferă ulei în emulsie, transferul de bacterii din apa de infiltrare în vederea sorbție și transferului de desorbtie emulsie de ulei infiltrarea apei.
2.1. Dinamica populației microbiene
Luați în considerare procesele în care participă bacteriile. Asta este
a) creșterea și moartea,
b) leșiere - transfer vertical cu apă infiltrativă.
a) Pentru a descrie dinamica populaŃiei microbiene, ecuaŃia Mono este utilizată pentru a permite moartea celulară [1,2,3]:
unde M este concentrația de bacterii, M - viteza maximă de creștere a bacteriilor, G - concentrația substratului (produsul petrolier), Ks - constanta de afinitate a substratului la microorganism, # 955; - rata mortalității celulelor.
b) Se scrie ecuația care descrie numărul total de bacterii în mediul de sol:
unde este densitatea solului, Ms este numărul de bacterii fixate pe matricea solului, Mw este numărul de bacterii conținute în apa solului și n este porozitatea.
Dependența numărului de bacterii fixe asupra numărului de bacterii din apă este descrisă prin ecuația de adsorbție [4,5]:
unde este coeficientul de adsorbție bacteriană.
Forma finală a ecuației pentru descrierea concentrației de bacterii în apă:
- porozitate eficientă. Ecuația finală pentru creșterea, moartea și transportul bacteriilor:
2.2. Pierderea uleiului liber
Pierderea uleiului liber se datorează descompunerii bacteriilor și spălării într-o formă emulsificată. Biodegradarea poate fi descrisă prin ecuația Mono [1,2,6,7,8] și prin leșiere prin ecuația transferului convectiv, combinația lor descrie pierderea totală de ulei:
unde q este coeficientul de proporționalitate care corelează numărul de celule formate cu substratul absorbit, C este concentrația uleiului emulsionat în apa din sol.
2.3. BioPAV
În cele mai multe cazuri, se poate considera că bacteriile produc surfactanți simultan cu descompunerea hidrocarburilor petroliere [9, 10], adică unii dintre hidrocarburi sunt utilizați pentru a genera surfactanți.
Producția de bacterii SAW poate fi, de asemenea, descrisă printr-o ecuație de tip Mono:
unde S este concentrația BiopAc, qs este coeficientul de proporționalitate care corelează cantitatea de surfactant formată cu substratul absorbit, adică biosAV reprezintă unul dintre produsele descompunerii produselor petroliere.
Rata debitului de Biopas pentru emulsificare poate fi descrisă ca reacția unui surfactant cu un produs petrolier:
unde este numărul de molecule de surfactant care formează micelul. Rata acestei reacții va fi compusă din ratele de formare a micelui agent tensioactiv și rata de includere a moleculei de hidrocarbură în această micelă. Se poate considera [11] că debitul agentului tensioactiv va fi proporțional cu concentrația și concentrația produsului petrolier:
unde k este constanta de interacțiune a surfactantului și a produsului petrolier.
Cu ajutorul ecuațiilor (7) și (9), obținem ecuația finală care descrie schimbarea în concentrația BiopAv:
În principiu, când se emulsifică petrolul imediat după producția de surfactant, concentrația surfactanților liberi trebuie să fie întotdeauna egală cu 0.
2.4. Ulei emulsificat
Pentru a descrie concentrația uleiului emulsionat în apa din sol, pornind de la ecuațiile (7) și (8) și luând în considerare îndepărtarea cu apă infiltrativă, obținem:
2.5. Sistemul de ecuații rezultat
Ecuațiile (5), (6) și (11) formează un sistem care descrie schimbarea concentrației de bacterii, produse petroliere libere și emulsionate în mediul solului:
Folosind un model numeric elaborat pe baza acestui sistem de ecuații, se poate calcula aceste cantități integrale ca concentrația de ulei și bacterii ulei oxidant în grosimea solului printr-o perioadă de facturare predeterminată, concentrația uleiului eluat din stratul de sol poluat, precum și modificarea concentrației de ulei liber față de adâncimea, transportul vertical în sol și distribuția bacteriilor în grosimea pământului la un moment dat.
Condițiile inițiale sunt distribuția inițială a uleiului liber, a produselor petroliere emulsionate și a bacteriilor. Condiția limită este concentrația de bacterii din soluția de alimentare.
Constantele necesare pentru calcul pot fi determinate din datele experimentale ale modelului de laborator, pentru o estimare brută pot fi utilizate datele disponibile din literatura de specialitate.
3. Exemplu de calcul
Figurile 2 și 3 prezintă rezultatele modelării curățării, efectuate prin spălarea unei soluții de produs biologic cu un strat de sol contaminat cu ulei. Această simulare a fost efectuată pentru un proces real de curățare a solului contaminat ca urmare a scurgerilor de petrol [12, 13]. Obiectul de curățare a fost stratul superior de 5 m grosime de sol, contaminat cu benzină, concentrația medie fiind de 0,005 g / g de sol.
Fig.2. Concentrația medie a uleiului în stratul de sol (g / g)
Figura 3. Concentrarea produsului petrolier emulsificat care se încadrează în apele subterane (mg / l)
Figura 4. Schimbarea concentrației de ulei în stratul de sol în timpul curățării
Figura 5. Modificarea concentrației de bacterii din stratul de sol în timpul curățării (kl / g)
Figura 6. Datele de calcul pentru model și valorile observate ale concentrației de produs petrolier (1 an de purificare)
O comparație a rezultatului calculului estimat al pierderii produsului petrolier după un an de curățare cu observații pe teren a arătat un bun acord (Fig.6).
Acest model a fost, de asemenea, testat și parametrizat într-o serie de experimente de laborator efectuate în colaborare cu Laboratorul de Microbiologie Petrolului al Academiei de Științe din Rusia.
concluzie
Un model matematic, permite determinarea scăderii perioadei de facturare ulei predeterminată, o modificare a concentrației sale în funcție de adâncime, o modificare a concentrației de bacterii în timp, distribuția lor în coloana de sol, concentrația uleiului eluat din stratul de sol poluat, transportul său vertical în sol.
Concentrațiile de produse petroliere și de bacterii calculate utilizând acest model, utilizând date din experimentele de laborator, sunt în acord cu cele observate în condiții reale, utilizând metoda de tratare biologică.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: