Возможности улучшения свойств бурового шлама для их рекультивации

УДК 622.24 В.С. Петухова, Л.Н. Скипин, Н.Г. Митрофанов

ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ БУРОВОГО ШЛАМА ДЛЯ ИХ РЕКУЛЬТИВАЦИИ

В работе рассматриваются вопросы использования коагулянтов для улучшения физических свойств буровых шламов. В статье дана сравнительная оценка влияния коагулянтов на фильтрационную способность бурового шлама.

Установлено, что наиболее эффективным коагулянтом-мелиорантом, обеспечивающим повышенную фильтрацию воды, оказался алюминий сернокислый и хлористый кальций. Карбонат кальция в условиях щелочной среды не оказывал влияния на процесс коагуляции.

Ключевые слова: буровой шлам, фильтрация, коагулянты, рекультивация.

V.S. Petukhova, L.N. Skipin, N.G. Mitrofanov POSSIBILITIES FOR THE BORING SLUDGE PROPERTY IMPROVEMENT FOR THEIR RECULTIVATION

The issues of the coagulant use for the boring sludge physical property improvement are considered in the article. Comparative estimation of the coagulant influence on the boring sludge filtrational ability is given in the article.

It is determined that aluminum sulphate and chloride calcium has appeared to be the most effective coagu-lant-ameliorant providing increased water filtration. The calcium carbonate didn't influence on the coagulation process in the alkaline environment conditions.

Key words: boring sludge, filtration, coagulants, recultivation.

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 неф-тешламов 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 СаС1 и СаСОз 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 А!2(3О4)з, СаС1 и СаСОз 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 коагулянт

равномерно перемешивались между собой во избежание ошибок опыта. По полученным результатам фильтрации были построены графики, представленные на рисунках 1-3.

18

Количес

тво 16

профи

льтрова 14

вшеися

воды, 12

0, мл/сут

10

8

6

4

2

0

у = -0,152х2 + 2,7278х г = 0,7534

п----1---1---1---1----1---1---1---1-----1--1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 Доза коагулянта А!2(Э04)3х18Н20, г

эмпирическая

кривая

теоретическая кривая

Рис. 1. Влияние AІ2SO4 на фильтрационную способность бурового шлама

Доза коагулянта СаСІ, г

Рис. 2. Влияние CaCl на фильтрационную способность бурового шлама

О

оличе 16 ство

рофи- 14 >трова-шейся

$оды,

мл/сут

12

10

у = 0,014х2 - 0,0794х г = 0,5535

эмпирическая

кривая

л

8

теоретическая

кривая

6

4

2

0

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

Доза коагулянта СаСО3, г

Рис. 3. Влияние CaCOз на фильтрационную способность бурового шлама

Графики отражают зависимость количества профильтровавшейся воды от дозы коагулянта. Из них следует, что коагулянт в форме АЦЭО^з и СаС1 способствует лучшему проявлению фильтрационных свойств БШ. К тому же коэффициент корреляции (г) по модулю у ЩЭО^з и СаС1 находится ближе к единице, а это означает наличие сильной связи между дозой коагулянта и количеством фильтрата, в отличие от СаСОз, присутствие которого в БШ практически не оказывает влияния на процесс фильтрации.

Поэтому при добавлении ЩЭО^з и СаС1 ионы Na+ и К+, входящие в состав БШ, будут замещаться, согласно законам химии, на А13+ и Са2+, 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.

Литература

1. Гаркуша И.Ф., Яцюк М.М. Почвоведение с основами геологии. - Изд. 2-е, испр. и доп. - М.: Колос,

1975. - 304 с.

2. О состоянии окружающей среды Ханты-Мансийского автономного округа - Югры в 2006-2007 годах:

информ. бюл. / ОАО «НПЦ Мониторинг». - Ханты-Мансийск, 2008. - 117с.

3. Максименко А.П., Герш В.А. К вопросу о рекультивации нефтешламовых амбаров: Международное

сотрудничество в биотехнологии: Ожидания и реальность // Наука и бизнес: тр. 3-й Междунар. конф. -

2006.

УДК 631.4 М.П. Сартаков, А.С. Толстяк

КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ ТОРФОВ СРЕДНЕГО ПРИОБЬЯ

В статье представлены результаты исследования свойств гуминовых кислот различного вида торфов Среднего Приобья.

Установлено, что величина степени разложения исходных торфов оказывает существенное влияние на количество гидроксильных групп фенольного и карбоксильного характера для извлеченных из них гуминовых кислот.

Ключевые слова: гуминовые кислоты, торфы, функциональный состав, Среднее Приобье.

M.P. Sartakov, А.С. Tolstyak ACID BASE PROPERTIES OF PEAT HUMIC ACIDS IN MIDDLE PRIOBYE

The research results of properties of the humic acids of various kinds of peat in Middle Priobye are given in the article.

It is determined that the size of initial peat decomposition degree makes essential impact on number of the hydroxyl groups of phenolic and carboxyl character for the humic acids taken from them.

Key words: humic acids, peat, functional structure, Middle Priobye.

Введение. Гуминовые кислоты являются природными полифункциональными и высокомолекулярными системами нерегулярного строения. Они широко используются в сельском хозяйстве [4].

Благодаря большому разнообразию функциональных групп растворы гуминовых кислот воздействуют на все стадии роста и развития растений.

Кислотно-основные свойства гуминовых кислот определяются наличием гидроксильных и карбоксильных групп в ароматическом кольце и на концах углеродных цепей.

Карбоксильные (СООН) и ОН фенольные группы способны образовывать хелатные комплексы с микроэлементами и в таком виде транспортировать их в растения. Они же обеспечивают высокую обменную емкость этих соединений.

Важную роль играет не только наличие функциональных групп, но и их взаимное расположение.

Объекты и методы исследований. В качестве объектов исследований были выбраны гуминовые кислоты различного типа и вида торфов Среднего Приобья.

Функциональный состав определяли титриметрическими методами анализа, которые были описаны ранее в методическом пособии [2].