Фев 25 2004

УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ НЕФТЕДОБЫЧИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОТИВОФИЬТРАЦИОННЫХ ЭКРАНОВ

Опубликовано в 12:31 в категории Сбор и переработка отходов

УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ НЕФТЕДОБЫЧИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОТИВОФИЬТРАЦИОННЫХ ЭКРАНОВ

Карачинцева Т. В.1, Абрамов Н. Ф.2, Сергеев В. А.3

1Пермский государственный технический университет, г. Пермь;

2АКХ им. К. Д. Памфилова, г. Москва;

3ООО «Природа – Пермь», г. Пермь.

Анализ системы обращения с нефтеотходами показал, что из всех проблем по масштабам воздействия и необходимым финансовым, техническим, технологическим ресурсам для решения проблем, ведущее место занимает минимизация образования, экологически безопасное обращение и вовлечение их в ресурсооборот. На предприятиях нефтяной промышленности нефтеотходы образуются при добыче, промысловой подготовке и транспортировке нефти в промысловых и магистральных нефтепроводах, в резервуарах для хранения нефти на промыслах и перекачивающих станциях. Нефтешламы накапливаются в открытых амбарах-накопителях. Хранение нефтешламов таким образом часто приводит к долговременному загрязнению окружающей среды (атмосферного воздуха - за счет испарения нефтепродуктов с открытых поверхностей нефтешламонакопителей, почвы или грунта – за счет миграции нефтепродуктов, поверхностных вод – при переливах) и деградации занятых земельных площадей. Таким образом, существующая практика размещения   нефтяных шламов приводит к долговременному загрязнению основных элементов природных экосистем, а  существование уже заполненных нефтешламовых амбаров требует значительных затрат для уменьшения экологического ущерба. Поэтому в нефтяной промышленности особенно остро стоит вопрос о ликвидации нефтяных шламов, накопленных на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях с начала их эксплуатации.

Нефтешламы в нефтешламонакопителях в результате отстаивания разделяются на три основные слоя: нефтеэмульсионный слой, который характеризуется высоким содержанием нефтепродуктов, низким содержанием воды и механических примесей; водоэмульсионный слой, характеризуется низким содержанием нефтепродуктов и механических примесей; осадочный слой с высоким содержанием механических примесей и низким содержанием воды, нефтепродукты представлены тяжёлыми битуминозными фракциями.

Переработка нефтяных шламов представляет собой сложную техническую и технологическую задачу. Проблема утилизации верхнего нефтяного слоя амбаров, представляющего коммерческий интерес, в настоящее время решена. Наиболее сложной задачей является утилизация или экологически безопасное обезвреживание донных осадков нефтешламовых амбаров.

В то же время воздействие полигонов захоронения твёрдых бытовых отходов (ТБО) на объекты окружающей среды является одной из наиболее актуальных экологических проблем современности. С каждым годом увеличиваются площади, занимаемые полигонами, а также несанкционированными свалками, возрастает загрязнение новых территорий, что приводит к ухудшению качества почв, подземных и поверхностных вод. Наибольшую экологическую опасность при складировании отходов представляет фильтрат. Поэтому необходимо создание эффективной противофильтрационной защиты дна полигона от распространения загрязнения в почву и грунтовые воды. Для борьбы с фильтрацией сточных вод используются разнообразные конструкции противофильтрационных экранов из различных материалов.

Наиболее часто в отечественной практике для создания противофильрационной защиты используют глиняный, грунтобитумный экраны и экран из полиэтиленовой плёнки, покрытия на основе минеральных материалов.

Полимерные (плёночные) противофильтрационные экраны обладают рядом недостатков. Это склонность к старению, изменение свойств при температурных колебаниях, недостаточная прочность полиэтилена, необходимость склеивания плёночных полотнищ, что увеличивает возможность увеличения дефектов экрана. Плёнка легко повреждается при устройстве экранов. Она выпускается в рулонах недостаточно большой ширины, что увеличивает количество стыков и риск возникновения дефектов при сварочных работах. Необходимость устройства мощного надплёночного защитного слоя приводит к удорожанию сооружения и практически исключает возможность осмотра покрытия и его ремонт, уменьшает эффективную ёмкость полигона.

     Гарантировать соблюдение противофильтрационных свойств в течение десятков и сотен лет могут натуральные минеральные глинистые материалы. Однако, при  оценке  глинистых  экранов  следует  учитывать    изменение  проницаемости  глинистых  грунтов  при  фильтрации  через  них  сточных  жидкостей  сложного  химического  состава  по  сравнению  с  природной  проницаемостью  при  фильтрации  воды. При  фильтрации  через  уплотнённые  глинистые  грунты  5,85%-го  раствора  хлористого  натрия  коэффициенты  фильтрации  возрастают  в  1,2-2,0 раза;  11,1%-го  раствора  хлористого  кальция – в  1,1-2,5 раза.  По  расчётам  фильтрации  рассолов  с  концентрацией  150-250 г/л  из  шламохранилищ  калийных  предприятий  установлено,  что  коэффициенты  фильтрации  глинистых  грунтов  ложа  шламохранилищ  возрастают  примерно  в  5 раз. Имеющиеся данные  по  химическому  составу  фильтрата  полигонов  ТБО   позволяют  предположить,  что  и  в  данном  случае возможно  существенное  увеличение  проницаемости  глинистого  экрана  в  результате  взаимодействия  его  с  фильтратом.

Проведённый анализ показывает, что материалы, традиционно применяющиеся в качестве противофильтрационных экранов, не обеспечивают необходимой защиты объектов окружающей среды на протяжении всего жизненного цикла полигонов ТБО. Качественные и количественные изменения водной эмиссии загрязняющих веществ, требуют создания систем противофильтрационной защиты, работоспособных в течение времени, измеряемого столетиями, чего не могут обеспечить действующие нормативные инженерные решения.

Перспективным направлением совершенствования глинистых материалов для использования их в качестве гидроизоляционных экранов полигонов является снижение фильтрационных свойств и повышение химической стойкости к фильтрату за счет добавок к ним органических гидрофобных соединений. Такие экраны могут быть названы органоминеральными. Органоминеральный экран способен сохранять устойчивость по отношению к воздействию фильтрата на протяжении длительного промежутка времени, так как добавление нефтесодержащих продуктов к глине улучшает  гидрофобные свойства получаемого материала за счет предотвращения непосредственного контакта фильтрата с глиной.

Современными направлениями развития строительных материалов являются учет требований охраны окружающей природной среды, экономия природных ресурсов,  безотходное производство на базе комплексной переработки побочных промышленных продуктов. Поэтому разработка новых гидроизоляционных материалов может быть направлена на сокращение или полную замену дефицитного и дорогого битума путем использования вторичных продуктов, например нефтяного шлама при получении гидроизоляционного покрытия.

Целью исследования являлось создание нового материала для противофильтрационных устройств с пониженным водопоглощением и пониженным коэффициентом фильтрации, с повышенной устойчивостью в агрессивных средах, который бы отвечал всем необходимым требованиям, но в то же время являлся достаточно недорогим и доступным.

Проведенного анализ показали, что материалы с использованием битума и нефти,  могут быть использованы в качестве гидрофобных компонентов гидроизоляционных смесей, применяемых для изоляции оснований полигонов. Вместе с тем, нефть и битум являются целевыми товарными продуктами.

На кафедре ООС ПермГТУ проводились исследования свойств органоминерального противофильтрационного экрана на основе нефтеотходов с высоким содержанием механических примесей - донных осадков нефтешламовых амбаров. Была разработана и испытана конструкция трёхслойного противофильтрационного экрана. Экран состоит из подстилающего слоя – глинистого грунта, толщиной не менее 0,3 м, слоя нефтеотходов, толщиной 0,15 – 0,2 м и защитного слоя из мелкозернистого грунта (h – 0,3 м).

Известно, что нефтепродукты являются гидрофобными материалами, а содержание в донных отложениях нефтешламовых амбаров большого количества глинистых частиц обеспечивает пластичность исследуемой конструкции.

Разработанный гидроизоляционный экран испытан в лабораторных условиях с применением соответствующего оборудования и методов испытания. Коэффициент фильтрации определялся по ГОСТ 25584 – 90 «Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации».  Определение коэффициента фильтрации производилось с использованием компрессионно-фильтрационного прибора, позволяющего проводить испытания под нагрузкой, при переменном напорном градиенте - КФ 00М.

Полученные в лабораторных условиях значения коэффициента фильтрации образцов находятся в пределах 0,5÷1,2*10-10 м/с, водопоглащение – 0,7 – 1,0%. Коэффициент фильтрации находится на уровне требований нормативных документов, предъявляемых к средствам противофильтрационной защиты полигонов по захоронению твёрдых бытовых отходов.

Оценку воздействия опытного гидроизолирующего экрана на гидросферу производили экспериментально, путем аналитического определения содержания нефтепродуктов и величины рН в полученном фильтрате.

Результаты анализов представлены в табл. 1. Содержание нефтепродуктов в пробах фильтрата не превышало их ПДК  в воде водных объектов хозяйственно-питьевого  и культурно-бытового водопользования, показатель рН также не превышал нормативного. Средняя концентрация нефтепродуктов в фильтрате составила – 0,09 мг/дм3.  Результаты анализов фильтрата показали, что испытанный в натурных условиях экран,  не оказывает отрицательного воздействия на водные объекты.

Таблица 1

Результаты анализа фильтрата опытного гидроизолирующего экрана

Наименование ингредиента

Среднее значение

ПДК

Нефтепродукты, мг/дм3

0,09

0,10

рН

7,19

6 – 9

При эксплуатации полигонов ТБО образуется высокоминерализованный фильтрат, агрессивный по отношению к основанию полигона. Поэтому для  предотвращения миграции нефтепродуктов из гидроизолирующей смеси на основе нефтешламов в фильтрат над поверхностью экрана и в подземные горизонты, необходимо устройство защитных слоев  выше и ниже слоя нефтеотходов.

Проведённые исследования показали, что разработанная конструкция экрана по своим техническим и экологическим характеристикам  имеет преимущества перед грунтобитумным и другими экранами. Противофильтрационный экран обладает высокими  гидроизоляционными свойствами, устойчив к воздействию фильтрата и благодаря нижнему подстилающему слою эмиссия нефтепродуктов не превышает предельно допустимого уровня.  

Поскольку донные отложения нефтяных амбаров не содержат лёгких нефтяных фракций, то разработанный противофильтрационный экран не оказывает вредного воздействия на окружающую среду, в отличие от других гидроизоляционных смесей на основе битума или нефтеотходов, получаемых в результате смешения компонентов при нагреве. 

Результаты проведённой экономической оценки устройства противофильтрационного экрана показали, что за счёт утилизации твёрдых нефтеотходов возможно не только окупить строительство гидроизоляционного экрана, но и получить экономический эффект за счёт предотвращённого экологического ущерба окружающей природной среде в результате недопущения к размещению в окружающей среде нефтеотходов.

На основании проведённых исследований можно сделать вывод о том, что устройство гидроизолирующего экрана на основе донных отложений нефтешламовых амбаров обеспечит более эффективную противофильтрационную защиту основания полигона захоронения ТБО по сравнению, с глиняным или грунтобитумным экраном, и позволит получить экологические и экономические преимущества за счет утилизации нефтеотходов.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.