Какие направления развития Росийской науки Вы считаете наиболее перспективными

Математическая модель биоразложения нефтяных загрязнений в почвогрунтах

УДК 556.531

Д.В.Коннов, Е.В.Веницианов, И.С.Пашковский

(Институт водных проблем РАН, АОЗТ СП Геолинк)

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ БИОРАЗЛОЖЕНИЯ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ПОЧВОГРУНТАХ

Ликвидация загрязнений почв нефтепродуктами является одним из приоритетных направлений охраны окружающей среды. По данным [2] на нефтепромыслах теряется до 3,5% всей добываемой сырой нефти (около 16 млн. т/год). Вероятность возникновения аварийных ситуаций на 1000 м разведочного бурения составляет 0,162, эксплуатационного — 0,03, количество разрывов на выкидных линиях скважин и нефтесборных коллекторов с высоко агрессивными средами — 1,5–2 на 1 км трубопроводов в год. Удельные среднестатистические потери на один разрыв составляют 0,1-0,2 т в сутки.

Для ликвидации загрязнений применяются различные технологии: проводится рекультивация земель, включающая экскавацию, откачка поступивших в подземные воды нефтепродуктов и загрязненных вод, обработка нефтепоглощающими сорбентами, а также микробиологическая доочистка грунта. Экологически наиболее щадящим способом очистки почвогрунтов от нефтепродуктов является использование специальных штаммов бактерий.

Стоимость рекультивации очень высока. Поэтому актуальной является проблема оптимизации различных стадий процесса очистки почв на основе математического моделирования.

Выделяются следующие процессы, происходящие при микробиологической очистке почвы от загрязнения нефтепродуктами: рост и отмирание бактерий, разложение нефтепродуктов бактериями, выработка бактериями поверхностно-активных веществ, способствующих переходу нефтепродуктов в фазу эмульсии, перенос эмульсии с инфильтрующейся водой.

Для описания динамики микробной популяции используется уравнение Моно с учетом отмирания клеток:

(1)

где M — концентрация бактерий (1/см3), f(G) = μG/(G+K) – коэффициент скорости роста бактерий (с–1), G — концентрация разлагаемого нефтепродукта (г/см3), K —константа сродства субстрата к микроорганизму (г/см3), λ — константа скорости отмирания клеток (с–1).

С учетом переноса бактерий с потоком почвенной воды уравнение для динамики популяции бактерий запишется в виде:

(2)

где v – скорость фильтрации воды (см/с), определяемая как отношение расхода на общей площади грунта; nэ = n + Г – эффективная пористость, n – пористость почвогрунта, Г – коэффициент распределения для сорбции бактерий на почвогрунте. Предполагается, что изотерма сорбции бактерий – линейная.

Убыль свободного нефтепродукта происходит за счет разложения бактериями и вымывания в эмульгированном виде. Предположено, что скорость разложения нефтепродуктов пропорциональна скорости роста бактерий, а концентрация эмульсии нефтепродукта С пропорциональна концентрации биоПАВ S с коэффициентом :

С= S

1 2 3 4