Возможности улучшения свойств бурового шлама для их рекультивации

На территории Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) остались нерекультивированными 1740 шламовых амбаров, занимающих около 766 га. При этом образовалось большое количество отходов бурения (только на 2007 г. их накоплено свыше 7 млн т) и продолжает образовываться нарастающими темпами. Это сопряжено с нарушением природных систем данных территорий [1, 2].

Долгое хранение нефтешламов в амбарах способствует мощному связыванию нефти и других загрязняющих веществ с почвенными частицами, делая твердую фазу буровых шламов (БШ) постоянным источником токсических, мутагенных и канцерогенных загрязнителей. По мере увеличения срока нахождения нефтешламов в нерекультивированных буровых амбарах возрастает их токсичность для окружающей среды, что приводит к смене растительного покрова, к снижению или полной его ликвидации [3].

Поэтому проведение рекультивации или утилизации шламовых амбаров является одним из важнейших природоохранных мероприятий, направленных на восстановление экологической ситуации. Основные проблемы данного вопроса сопряжены с плохими химическими и физическими свойствами БШ, в частности, повышена засоленность, щелочность, дисперсность, отмечается бесструктурность, слабая фильтрационная способность, они заплывают при увлажнении и пр.

Цель работы : создать благоприятные водно-физические и химические свойства БШ с применением коагулянта для последующего их использования как объекта рекультивации или в качестве строительного материала.

Задача : изучить действие коагулянтов Аl 2 (SO 4 ) 3 , CaCl и CaCO 3 на фильтрационную способность БШ.

Методика исследований . В рамках настоящего опыта отбор проб БШ осуществлялся на территории шламового амбара Уватского района Тюменской области в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83 «Почвы. Общие требования к отбору проб» и ГОСТ 17.4.4.02-84 «Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа» методом конверта.

В лабораторных условиях определялась фильтрационная способность насыпных образцов БШ с коагулянтами Аl2(SO4)3, CaCl и CaCO3 методом трубок. Всего бралось 12 стеклянных цилиндров, первый из которых был контрольным, в нем находился только БШ массой 40 г, а начиная со второго цилиндра, добавлялась доза коагулянта на 0,1 г больше, чем в предыдущей трубке. Перед засыпкой в цилиндр БШ и коагу- лянт равномерно перемешивались между собой во избежание ошибок опыта. По полученным результатам фильтрации были построены графики, представленные на рисунках 1–3.

Количес тво профи льтрова вшейся воды, Q, мл/сут

Доза коагулянта Al2(SO4)3 x 18H2O, г

Рис. 1. Влияние Al 2 SO 4 на фильтрационную способность бурового шлама

Доза коагулянта CaCl, г

Рис. 2. Влияние CaCl на фильтрационную способность бурового шлама

Количе ство профи-льтрова-вшейся воды, Q, мл/сут

Доза коагулянта CaCO 3 , г

Рис. 3. Влияние CaCO 3 на фильтрационную способность бурового шлама

Графики отражают зависимость количества профильтровавшейся воды от дозы коагулянта. Из них следует, что коагулянт в форме Аl 2 (SO 4 ) 3 и CaCl способствует лучшему проявлению фильтрационных свойств БШ. К тому же коэффициент корреляции (r) по модулю у Аl 2 (SO 4 ) 3 и CaCl находится ближе к единице, а это означает наличие сильной связи между дозой коагулянта и количеством фильтрата, в отличие от CaCO 3 , присутствие которого в БШ практически не оказывает влияния на процесс фильтрации.

Поэтому при добавлении Аl 2 (SO 4 ) 3 и CaCl ионы Na⁺ и К⁺, входящие в состав БШ, будут замещаться, согласно законам химии, на Al³⁺ и Ca²⁺, катионы кислой соли, чтобы привести систему в равновесие. Благодаря чему и произойдет нейтрализация БШ.

По результатам испытаний, химизм (тип) засоления БШ по анионному составу – содово-хлоридный, по катионному – кальциево-натриевый, а по степени засоления БШ являются очень сильнозасоленными.

БШ, насыщенные катионами Na+, обладают очень непрочной структурой, при увлажнении они расплываются в не проницаемую для воды и воздуха вязкую массу, а при высыхании резко сокращаются в объеме, образуют трещины и превращаются в монолитные, очень крепкие глыбы, трудно поддающиеся обработке, что затрудняет их практическое применение [1].

Емкость катионного обмена (ЕКО) изучаемых БШ составляет 30–40 мг-экв/100г. Известно, что глинистые минералы группы каолинита обеспечивают ЕКО от 3 до 20, монтмориллонита до 120, гумусовые кислоты 200–300, гидроксиды алюминия и железа 2–3 мг-экв/100г. Учитывая, что гумусовые вещества в буровых шламах отсутствуют, следует предполагать, что величина ЕКО в основном обусловлена разным соотношением минералов группы каолинита и монтмориллонита.

Таким образом, результаты проделанных исследований и их анализ свидетельствуют о возможности изменения водно-физических и химических свойств БШ, благодаря применению эффективных коагулянтов, которые, в свою очередь, могут являться отходами промышленности. Следует полагать, что применяя данный метод нейтрализации, можно предотвратить накопление опасных отходов в местах, где они представляют угрозу для окружающей среды. Это позволит утилизировать БШ как строительный материал при отсыпке дорожного полотна или засыпке оврагов, а также дает возможность более эффективно проводить биологическую рекультивацию на них после устранения ряда отрицательных свойств, которыми они обладали до коагуляции.