Аннотация. Статья посвящена эколого-экономической оценке обезвреживания нефтесодержащих отходов биотехнологическим и термическим методами. В основе методологии исследования представлен системный подход. Отражены технологические и экономические характеристики устройств утилизации нефтесодержащих отходов, а также достоинства и недостатки используемых методов.
Ключевые слова: нефтесодержащие отходы, системный подход, эколого-экономическая оценка, утилизация, сжигание, биодеструкция.
Экономические науки
УДК 622.323.012:658.567.5
Чугайнова Анастасия Александровна,
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, магистрант
Permian national research polytechnic university,
Masters degree candidate
Халецкая Марина Игоревна,
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, магистрант
Permian national research polytechnic university,
Masters degree candidate
Лобовиков Алексей Олегович,
Пермский национальный исследовательский политехнический
университет, кандидат экономических наук, доцент
Permian national research polytechnic university,
Candidate of Economic Sciences, Docent
ЭКОЛОГО–ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ БИОТЕНОЛОГИЧЕСКИМИ И ТЕРМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
ECOLOGICAL- ECONOMIC ESTIMATION OF THE NEUTRALIZATION OF THE PETROLEUM-CONTAINING WITHDRAWALS BY THE BIOTENOLOGICHESKIMI AND THERMAL METHODS
Аннотация. Статья посвящена эколого-экономической оценке обезвреживания нефтесодержащих отходов биотехнологическим и термическим методами. В основе методологии исследования представлен системный подход. Отражены технологические и экономические характеристики устройств утилизации нефтесодержащих отходов, а также достоинства и недостатки используемых методов.
Ключевые слова: нефтесодержащие отходы, системный подход, эколого-экономическая оценка, утилизация, сжигание, биодеструкция.
Annotation. Article is dedicated to the ecological- economic estimation of the neutralization of the petroleum-containing withdrawals by biotechnological and thermal methods. At the basis of the methodology of a study systems approach is represented. Are reflected the technological and economic characteristics of the devices of the utilization of the petroleum-containing withdrawals, and also of the merit and deficiencies in the utilized methods.
The keywords: the petroleum-containing withdrawals, systems approach, ecological- economic estimation, utilization, combustion, biodestruction.
Образование нефтесодержащих отходов (НСО) характерно для предприятий нефтегазовой промышленности в результате технологических процессов при добыче, транспортировке и переработке продуктов производства.
Эффективная экологическая переработка и утилизация данного вида отходов является актуальной задачей не только для нефтегазовой промышленности, но и для окружающей среды в первую очередь.
Традиционно, для обезвреживания НСО используются термические методы, такие как сжигание или пиролиз в специализированных установках. Если отход содержит почвенные частицы, то его можно обезвредить биотехнологическим методом, путем смешивания отхода с почвой и утилизацией на площадках биоремедиации или в биореакторе.
Технология биоремедиации заключается в биологическом разложении нефтепродуктов углеводородокисляющими микроорганизмами.
Объем образования отходов на нефтегазовых предприятиях непостоянен, поэтому, исходя из количества нефтепродуктов в отходе и с учетом компонентного состава, подбирается оптимальный метод обезвреживания.
Для выбора такого метода, на наш взгляд, необходим системный подход, который позволит на основе комплексной эколого-экономичекой оценки применить наилучшую доступную технологию утилизации отходов.
Для эколого-экономической оценки методов обезвреживания НСО, были выбраны такие методы, как термическое обезвреживание в инсинераторной печи и биотехнологическое обезвреживание в биореакторе.
Ежегодно в Пермском крае образуется около 30 – 50 тыс. т НСО, образующихся при добыче, переработке и транспортировке продуктов предприятий нефтегазовой отрасли [1].
Одним из самых распространенных способов утилизации и обезвреживания НСО, является метод термического обезвреживания в печах различного типа (камерных, кипящего слоя, барабанных и др.). Данный метод позволяет улавливать, концентрировать и разрушать опасные вещества в отходе. После сжигания образуется такой продукт, как зола, который подвергается захоронению или повторному использованию благодаря различным технологиям переработки.
По сравнению с другими методами переработки, данный метод имеет существенный недостаток – образование продуктов неполного сгорания, также технология сжигания достаточна энергозатратна.
Для избегания повторного загрязнения атмосферы, современные технологии предусматривают системы очистки газов в установках сжигания НСО.
Для обезвреживания широкого спектра отходов, в том числе и НСО, используются инсинераторы.
Инсинераторы — это печные агрегаты для термической утилизации широкого спектра специфических отходов:
В табл. 1 представлены достоинства и недостатки инсинераторов.
Таблица 1
Достоинства и недостатки инсинераторов
|
Преимущества |
Недостатки |
|
1. Утилизация отходов широкого спектра; 2. Объем отходов сокращается на 95%; 3. Использование тепла, образовавшееся при сжигании отходов; 4. Эффективная система очистки газов; 5. Система очистки газов с замкнутой циркуляцией. |
1. Образование золы; 2. Высокая стоимость установки и эксплуатационных затрат; 3. Высокое энергопотребление; 4. Образование сточных вод при обезвреживании отходящих газов. |
Для оценки эколого - экономической эффективности был выбран инсинератор ИН – 50.1 М, так как данная модель представляет стандартный комплекс утилизации НСО. ИН-50.1М является одной из установок ЗАО «Турмалин», представляющий собой комплекс термической обработки с предварительным дроблением отхода, поставляющегося по транспортеру, и очисткой отходящих газах в скрубберах и рукавных фильтрах. Помимо модели ИН-50.1М, модельный ряд инсинераторов ЗАО «Турмалин» содержит установки с более высокой производительностью и различными типами утилизируемых отходов [2].
Таблица 2
Экологические критерии
|
№ |
Критерий |
Описание |
По технологии сжигания в инсинераторе |
|
1 |
Эффективность утилизации НСО |
Степень утилизации нефтепродуктов в инсинераторе |
100% |
|
2 |
Производительность |
Количество перерабатываемых отходов в ед. времени |
40 кг/ч |
|
3 |
Подготовка отходов |
Предварительная обработка НСО |
Не требуется |
|
4 |
Образование отходов |
Отходы в процессе эксплуатации оборудования. |
Зола (5-10% от общей массы), отходящие газы |
Таблица 3
Экономические критерии
|
№ |
Критерий |
Описание |
Стоимость |
|
1 |
Капитальные затраты |
Затраты на оборудование |
15 млн. руб. |
|
2 |
Эксплуатационные затраты |
Газ |
0,20–0,25 м3/кг |
|
Кальцинированная сода |
3 кг/ч |
||
|
Вода техническая |
0,2 м3/ч |
||
|
Электроэнергия |
9 кВт |
||
|
3 |
Себестоимость очистки |
Стоимость обезвреживания 1 тонны нефтесодержащих отходов |
3000 руб./т. |
Таблица 4
Стоимость ресурсов, услуг и платежей (без НДС)
|
№ |
Наименование |
Ед. измерения |
Величина |
|
1 |
Газ |
руб./ м3 |
4,26 |
|
2 |
Кальцинированная сода |
руб./кг |
7,2 |
|
3 |
Вода техническая |
руб./м3 |
8,47 |
|
4 |
Электроэнергия |
руб./кВт*ч |
2, 64 |
Для переработки одной тонны отходов в инсинераторной установке ИН-50.1 М, необходимо 25 ч (1000 кг : 40кг/ч = 25 ч).
В связи с этим, расходы на 1т отходов составят:
Общая сумма капитальных затрат на 1 т отхода составит 2028 руб., с учетом стоимости установки руб.
Эколого – экономическая оценка очистки НСО термическим методом производилась по приведенным затратам
П= З + Ен*К
П - приведенные затраты,
З – эксплуатационные затраты;
Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности (Ен=0,12);
К - капитальные вложения.
По результатам экологической оценки, при утилизации НСО в инсинераторе, образуются отходы в виде золы. В случае, если зола соответствует 5 классу опасности, ее можно использовать в качестве добавки в стройматериалах, в иных случаях, захоранивать на полигонах. Также при сжигании образуются отходящие газы, содержащие пыль, оксиды серы, углерода, азота, хлороводород, фториды, диоксиды. Учитывая наличие загрязняющих веществ в отходящих газах, конструкция установки предусматривает комплексную систему газоочистки в виде скруббера и пылеуловителя.
Для обезвреживания НСО чаще всего применяются термические и химические методы. Данные методы обезвреживания имеют ряд недостатков, так как при использовании термических методов необходимо применение специализированных установок, которые требуют капитальных вложений, и при сжигании образуются отходящее газы, которые необходимо подвергать дополнительной очистке, а при внедрении химических методов, требуется применение значительных количеств химических реагентов [3].
В качестве альтернативного способа обезвреживание НСО может быть предложен биотехнологический метод. Биотехнологический метод основан на разложении нефтепродуктов микроорганизмами. Существует несколько вариантов применения биотехнологического метода (рис.1).
Рис. 1. Биотехнологические методы обезвреживания НСО
Для повышения эффективности процесса очистки НСО биотехнологическим методом возможно применение технологии биоремедиации с использование биореактора и биопрепарата. На рис. 2 представлена технологическая схема технологии биоремедиации НСО с использованием биопрепарата и биореактора.
Рис. 2. Технологическая схема биоремедиации НСО с использованием биореактора и биопрепарата
На первом этапе применение технологии биоремедиации необходимо определить концентрацию нефтепродуктов в НСО. Дальше осуществляется доставка НСО к месту размещения биореактора. Отходы подвергаются измельчению в культиваторе. Затем отходы подаются в биореактор, где происходит аэрация, добавление биопрепарата, удобрений и осуществляется периодическое перемешивание отходов. По завершению процесса очистки НСО в биореакторе, отходы выгружаются и могут быть использованы в качестве технического грунта [4].
Для проведения эколого-экономического анализа процесса биоремедиации в биореакторе, предложены экологические и экономические критерии оценки эффективности биодеструкции углеводородов нефти (табл.5, 6).
Таблица 5
Экологические критерии
|
№ |
Критерий |
Описание |
По технологии биоремедиации в биореакторе |
|
1 |
Эффективность очистки от нефтепродуктов |
Минимальная концентрация нефтепродуктов после очистки в биореакторе (эффективность до 84% от исходной концентрации) |
10 - 15 г/кг по экспериментальным исследованиям [5] |
|
2 |
Время очистки |
Период экспозиции, за который проходит очистка НСО с эффективностью до 84 % [5] |
45 суток |
|
3 |
Образование отходов |
Образование твердых коммунальных отходов, соответствующих норме накопления. Отходы от эксплуатации оборудования (резина, ветошь). |
Предварительная обработка нефтесодержащих отходов, удаление крупных включений, которые вывозятся на полигон |
Таблица 6
Экономические критерии
|
№ |
Критерий |
Описание |
|
1 |
Капитальные затраты |
Затраты на оборудование |
|
2 |
Эксплуатационные затраты |
Затраты на биопрепарат, электроэнергия |
|
3 |
Себестоимость очистки |
Стоимость обезвреживания 1 тонны нефтесодержащих отходов |
Для обезвреживания НСО биологическим методом, а именно обезвреживание в биореакторе, необходимо иметь установку стоимость, которой составляет от 440 до 770, 4 тыс. руб. Для интенсификации процесса биоремедиации необходимо вносить биопрепарат, на 1 тонну отходов соответственно понадобится 2 кг биопрепарата. Средняя стоимость биопрепарат составляет 3400 руб. за кг., в связи с этим понадобится 3400,6 * 2 = 6 801 руб.
Суточный расход электроэнергии биореактором составляет 30 кВт в день. В связи с тем, что работа биореактора может длиться в течение 45 суток, то расход электроэнергии составляет 1350 кВт. Стоимость 1 кВт составляет = 2, 64 руб. за кВт час, исходя из этого для функционирования биореактора необходимо 3 564 руб.
Себестоимость очистки 1 тонны НСО составляет 3 000 руб.
Эколого – экономическая оценка очистки НСО биотехнологическим методом нами производилась, так же как и при термическом методе по приведенным затратам:
П = З +Ен * К
П - приведенные затраты;
З – эксплуатационные затраты;
Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности (Ен=0,12);
К - капитальные вложения.
П = 13 365 + 0,12 * 440 000 = 66 165 руб.
Ожидаемый экономический эффект от применения биотехнологии по сравнению с термическим методом составит:
Таким образом, выполненные нами расчеты по эколого-экономичсеской оценке доступных технологий очистки НСО термическим и биотехнологическим методом позволяют сделать вывод, что наилучшим из них является биотехнологический метод обезвреживания, так как он несет меньше нагрузки на окружающую среду.
Сделанный вывод, на наш взгляд, имеет не только научную, но и практическую значимость, так как экономически мотивирует предприятия внедрять наилучшие доступные технологии в области защиты окружающей среды.
Литература
References
