Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,858

В Республике Казахстан интенсивному развитию нефтегазовой отрасли отводится ведущая роль. Потребление нефти и газа в последние десятилетия стало одним из важнейших слагаемых развития экономики Республики Казахстан, которые в свою очередь входят в пятерку экологически неблагополучных отраслей отечественной промышленности. Неизбежным следствием этого является рост техногенного воздействия на объекты природной среды. В районах разработки, добычи, транспортировки и переработки нефтяного сырья отмечаются нарушения естественного экологического равновесия.

Проблема обеспечения экологической безопасности при обращении с твердыми отходами нефтедобычи является актуальной во всем мире, но особенно остро проявляется в Казахстане практически в каждом нефтедобывающем регионе.

В связи с этим необходим новый подход к составлению и реализации экологических проектов охраны окружающей среды в нефтедобывающих регионах, являющийся практической реализацией задач, поставленных Президентом в Стратегии развития Казахстана до 2030 года: «Экологические, санитарно-эпидемиологические службы и органы стандартизации должны работать в соответствии с приоритетностью поставленных целей» [1].

Как показал анализ состояния проблемы и проведенные нами исследования по утилизации техногенных отходов на передний план выступают вопросы минимизации их образования, экологически безопасного обращения, максимального разделения их на группы уже на стадии образования для обеспечения возможности применения наиболее рациональных способов утилизации или обезвреживания каждой группы отходов, разработки экономически доступных и технически осуществимых технологий для вовлечения отходов в ресурсооборот. Необходима разработка методологических подходов, позволяющих решить проблему утилизации техногенных отходов не традиционными способами, а методами повышения потребительских свойств очистки от лишних примесей и компонентов концентрирования обезвоживания и другими способами обогащения с применением отходов в смежных областях производства. Такие подходы по вовлечению отходов в ресурсооборот должны быть положены в основу стратегии обращения с техногенными отходами и соответствующих технических решений.

Система обращения с отходами нефтедобычи должна включать следующие стадии: образование, раздельное накопление и сбор, транспортирование, переработку, обезвреживание и размещение в окружающей среде неутилизируемых остатков. В сложившейся практике обращение с нефтеотходами сводится к их совместному сбору, транспортировке и временному размещению качественно разных потоков отходов, что затрудняет их дальнейшее использование.

Это позволяет сделать выводы о том, что разработка научных и практических основ ресурсосберегающих технологий использования твердых отходов нефтедобычи для обеспечения экологической безопасности природных геосистем является важной народно - хозяйственной задачей, для решения которой требуется разработка новых концептуальных подходов и эколого-технических решений.

Одним из способ решения возникающих эколого- экономических проблем является изготовления органо-минеральных гидроизоляционных материалов применяемых в строительном производстве.

Наш подход к утилизации асфальто-смолистого парафинного отложения (АСПО) в составе органо-минеральных гидроизоляционных смесей основывался на создании материала, обладающего высокими физико-механическими показателями, с использованием доступных и недорогих компонентов.

Как было показано, структура органо-минерального гидроизоляционного материала, определяющая его физико-химические характеристики, обусловлена свойствами, количественными и качественными показателями составляющих, технологическими приемами, условиями последующего твердения.

Одним из ключевых вопросов выявления возможности получения материала с требуемыми физико-механическими показателями является назначение оптимального состава органо-минеральной гидроизоляционной смеси, под которым следует понимать количественное и качественное сочетание компонентов, обеспечивающее соблюдение общих требований гидроизоляционной конструкции к материалу.

Для определения оптимального состава органо-минерального гидроизоляционного материала проведены лабораторные исследования образцов различных комбинаций состава. Также нами были проведены натурные исследования на экспериментальной площадке, для того чтобы обосновать экологическую безопасность и подтвердить техническую эффективность разработанной конструкции. Для определения оптимального состава материала по результатам лабораторных экспериментов выявлены образцы, имеющие оптимальные свойства с использованием метода ранжирования.

По данным месторождений АСПО имеют следующий усредненный химический состав, мас.%: нефтепродукты (парафины, масла, смолы, асфальтены) - 80-93, механические примеси - 1-5, вода - 1-5. Для использования АСПО методом адсорбционной хроматографии определен групповой состав, а также основные свойства, характеризующие этот отход как твердый нефтепродукт, и условия фазового перехода по методикам, указанным ниже. В экспериментальных исследованиях были использованы АСПО, отобранные с месторождении Акшабулак Кызылординской области.

Характеристика АСПО:

Групповой состав, мас.%:

Асфальтены 3

Смолы 11,1

Масла:

  • парафино-нафтеновые углеводороды 52,3
  • легкая и средняя ароматика 35,3
  • тяжелая ароматика 5,6

Механические примеси 1,27

Вода 1,5

Сера 0,1

Физико-механические и химические свойства:

Плотность, г/см3 1,0

Температура размягчения по КиШ, °С 42,0

Температура плавления, °С 43-46

Для приготовления материала использовали тонкоизмельченную строительную глину с удельной поверхностью 15 м2/г; песок строительный с удельной поверхностью 25 м2/г; известь строительную гидратную, резину отработанных автомобильных шин.

Экстракцию нефтепродуктов из гидроизоляционного материала проводили путем контакта его с водой в статических условиях при температуре 20 °С. Для этого образцы весом 300 г помещали в герметичную емкость с водой, объемом 3 дм и выдерживали 28 суток. Через 7, 14, 21 и 28 дней отбирали пробы воды, которые анализировали на содержание нефтепродуктов (табл. 1 и 2).

Таблица 1 Выявленные характеристики образцов

Показатель

Порядковый номер образца

1

2

3

4

5

6

7

Прочность при сжатии, кг/см

7

6

5

1

2

3

4

Водопоглощение,%

6

5

3

1

2

3

4

Коэффициент фильтрации, 1·10-10 м/с

7

6

1

2

3

4

5

Суммарный ранг свойств образца

6,67

5,67

3,00

1,33

2,33

3,33

4,33

Таблица 2 Определение диапазона оптимального состава органо-минерального гидроизоляционного материала

Компонент смеси

Состав, мас,%

Образец №3

Образец №4

Образец №5

Оптимальный состав смеси

Известь

15

10

15

10-15

Песок

15

20

15

15-20

Глина

43

47

45

43-47

АСПО

25

20

20

20-25

Резина

2

3

5

2-5

Проведенные исследования позволили установить оптимальное соотношение компонентов органо-минерального гидроизоляционного материала в мас.%: глина - 43-47, песок - 15-20, известь - 10-15, АСПО - 20-25, Резина - 2-5.

Материал оптимального состава имеет заданные физико-механические свойства: прочность при сжатии - 85-100 кг/см2, водопоглощение - 0,7-1,0%, коэффициент фильтрации - 0,95·10-10-2,0·10-10 м/с. Коэффициент фильтрации находится на уровне требований нормативных документов [1-3], предъявляемых к средствам противофильтрационной защиты полигонов по обезвреживанию и захоронению любых видов отходов.

Результаты исследований показали, что при контакте образца гидроизоляционного материала с водой происходит экстракция нефтепродуктов. Продолжительность контакта образцов с водой (одна, две, три или четыре недели) существенно не влияла на содержание нефтепродуктов в визируемых пробах воды (0,60-0,70 мг/дм3). Это свидетельствует о том, что процесс экстракции происходит значительно быстрее. Увеличение времени контакта не влияет на экстракцию нефтепродуктов из материала. Этот положительный фактор может быть использован при эксплуатации гидроизоляционного экрана с применением разработанного материала. Для определения оптимального состава предлагаемого органо-минерального гидроизоляционного материала проведены лабораторные исследования физико-механических свойств образцов различных комбинаций состава. Массовое содержание компонентов в образцах материала изменяли в пределах%: АСПО - 9-25, глина - 40-60, песок - 10-25, известь - 5-20, резина - 1-5, с шагом варьирования количества каждого ингредиента в составе смеси 5% и менее. Состав образцов предлагаемого материала и результаты лабораторных исследований их свойств приведены в табл. 3 и 4.

Таблица 3 Зависимость экстракции нефтепродуктов из разработанного гидроизоляционного материала оптимального состава от времени контакта с водой

Продолжительность контакта образца материала с водой, дни

Количество экстрагированных нефтепродуктов на единицу объема, мг/дм

рН водной среды после экстракции нефтепродуктов

1

0,16

8,32

2

0,48

8,30

3

0,55

8,27

4

0,57

8,25

5

0,58

8,23

6

0,60

8,22

7

0,60

8,20

14

0,61

8,17

21

0,70

7,15

28

0,67

7,08

Гидроизоляционный материал, состоящий из АСПО (19,5-24,25%), глины (45-50%), песка (15-20%), извести (10-15%), и отходов автомобильных шин (0,5-1%). Материал имеет заданные физико-механические свойства: прочность при сжатии - 85-100 кг/см2, водопоглощение - 0,7-1,0%, коэффициент фильтра- ции - 0,95·10-10-2,0·10-10 м/с. Разработан новый метод и соответствующая технологическая система подготовки гидроизоляционного материала с использованием АСПО.

Таблица 4 Результаты лабораторных исследований образцов предлагаемого органо-гидроизоляционного материала различного состава

№ п/п

Показатели

Состав, мас.

Известь-20

Песок-10

Глина-60

АСПО-9

Резина-1

Известь-5

Песок-25

Глина-40

АСПО-25

Резина-5

Известь-15

Песок-15

Глина-43

АСПО-25

Резина-2

Известь-10

Песок-20

Глина-47

АСПО-20

Резина-3

Известь-15

Песок-15

Глина-45

АСПО-20

Резина-5

Известь-12

Песок-17

Глина-46

АСПО-22

Резина-3

Известь-12

Песок-15

Глина-43

АСПО-25

Резина-5

1

2

3

4

5

6

7

1

Прочность при сжатии, кг/см2

37

40

85

120

100

95

88

2

Водопоглощение, %

1,35

1,1

0,9

0,65

0,70

0,90

0,95

3

Коэффициент фильтрации, 1·10-10 м/с

5,50

4,40

0,90

1,44

1,55

2,00

1,60

Научное значение работы заключается в расширении возможностей увеличения гидроизоляционного материала производств с использованием нефтяных отходов, как вторичного сырьевого запаса, в целях решения экологических проблем нефтедобывающих регионов Кызылординской области.

Разработанный в лабораторных условиях гидроизоляционный материал, отвечающий нормативным требованиям, потверждается опытно-промышленными испытаниями и пилотным проектом.

Список литературы

  1. Назарбаев Н.А. Стратегия «Казахстана - 2030» - Алматы: Білім, 1998.- 130 с.
  2. Ручникова О.И. и др. Утилизация асфальто-смоло-парафиновых отложений при производстве гидроизоляционного покрытия // Нефтяное хозяйство. - 2003. - Вып.3. - С. 103-105.
  3. Ручникова О.И. и др. Экологическая безопасная утилизация твердых нефтеотходов // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2003. - Вып. 4.