Введение к работе
Актуальность проблемы В настоящее время бурно развивается направление в области исследований углеводородсодержащих отходов и разработки эффективных способов их обезвреживания и утилизации, что приводит не только к снижению техногенной нагрузки на биосферу, но и к экономической выгоде для предприятий нефтегазовой отрасли. Тем не менее, проблема негативного влияния на окружающую среду отходов, образующихся при добыче, транспортировке, хранении, решается недостаточно. В результате миграции вредных веществ происходит загрязнение окружающей среды. Предприятия зачастую вынуждены накапливать отходы и платить за их хранение на своей территории из-за недостатка в полигонах, предназначенных для приема нефтесодержащих отходов, и отсутствия установок по их утилизации. В связи со сложным компонентным составом нефтесодержащих отходов выбор способа переработки затруднен. Наметилась тенденция по раздельной их переработке в зависимости от условий образования, глубины залегания и срока хранения в шламовых амбарах. Такой подход соответствует рациональному использованию отходов в качестве вторичных материальных ресурсов. В связи с этим исследования компонентного состава загрязнений и поиск эффективных способов обезвреживания отходов для снижения негативного воздействия на природные экосистемы являются актуальными.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры технологии нефти и экологии Кубанского государственного технологического университета и в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы по направлению «Переработка и утилизация техногенных образований и отходов» (ГК №П207 от 22.07.2009, ГК №П1051 от 20.08.2009).
Цель работы Исследование углеводородсодержащих отходов нефтегазовой отрасли как источников загрязнения окружающей среды; научное обоснование их экологической опасности и разработка способов их обезвреживания и утилизации для минимизации воздействия загрязнений в отходах на живую природу.
В соответствии с поставленной целью определены основные задачи исследований:
1. Определение состава, структуры и количества загрязняющих веществ в нефтешламах (НШ) и образующихся на поверхности цеолитсодержащих катализаторов и силикагелей; анализ общих тенденций обезвреживания и утилизации отходов для определения универсального критерия их применимости как вторичных материальных ресурсов (ВМР).
2. Научное обоснование экологической опасности отходов разработкой метода определения количества загрязняющих веществ, поступающих из отходов и продуктов обезвреживания в водную среду и расчетом класса опасности отходов.
3. Разработка обезвреживающей НШ композиции, состоящей из оксида кальция и отработанного силикагеля в качестве кремнеземсодержащего компонента, для получения экологически безопасной органоминеральной добавки в керамические материалы.
4. Разработка методов обезвреживания нефтешламов и кремнеземсодержащих отходов: отработанных силикагелей и цеолитсодержащих катализаторов, для получения строительных материалов.
5. Разработка технологических линий для утилизации отходов.
Методы исследования выбирались, исходя из постановок решаемых задач, с учетом особенностей исследуемых объектов и включают: экстракцию отходов органическими растворителями, анализ состава и количества загрязняющих веществ методами тонкослойной хроматографии, инфракрасной спектроскопии, хромато-масс-спектрометрии, атомно-абсорбционного анализа, дериватографии, рентгено-фазового анализа; испытание опытных образцов на прочность при сжатии и изгибе. Использовались стандартные и специально разработанные алгоритмы и программы.
Научная новизна
1. Установлен состав мигрирующих в водную среду углеводородов и их производных из нефтешламов, отработанных силикагелей и цеолитсодержащих катализаторов и продуктов обезвреживания отходов по данным спектрального анализа и хроматографии. При этом впервые определены количества этих загрязнений в водной среде доступным методом на основе тонкослойной хроматографии (ТСХ) с применением денситометра Сорбфил. Выявлено удерживание малополярных соединений силикагелем, цеолитами и миграция в водную среду преимущественно более полярных.
2. Впервые предложена кремнеземсодержащая обезвреживающая НШ композиция: смесь из негашеной извести и отработанного силикагеля с содержанием от 9 до 52 %, при смешении которой с НШ получена экологически безопасная органоминеральная добавка (ОМД).
3. Разработан способ применения ОМД в производстве керамзита для получения готовой продукции с низкой насыпной плотностью и требуемой прочностью при более низких температурах обжига глины.
4. Научно обосновано обезвреживание отработанных силикагелей и катализаторов использованием их в качестве кремнеземсодержащей добавки при получении керамических кирпичей.
Практическая ценность работы
1. В результате расширения номенклатуры вредных веществ в составе отходов расчетным методом определены 2 и 3 классы опасности, что явилось предпосылкой для разработки методов обезвреживания и утилизации НШ, отработанных силикагеля и цеолитсодержащих катализаторов.
2. Разработаны технологические линии для обезвреживания НШ и отработанного силикагеля с получением ОМД для использования в качестве комплексной добавки в строительные материалы.
3. Разработаны основы энергосберегающей технологии получения керамзита с низкой насыпной плотностью и требуемой прочностью при более низкой температуре процесса.
4. Предложена утилизация промышленных отходов: отработанных цеолитсодержащих катализаторов и силикагелей, в качестве вторичных материальных ресурсов при производстве кирпича.
Достоверность полученных результатов и выводов диссертации определяется корректностью поставленных задач, точностью показаний поверенных измерительных приборов, используемых в экспериментальных исследованиях при регистрации параметров при взвешивании, титровании, оценке физико-механических параметров образцов.
Апробация работы Основные положения работы докладывались на ежегодных V, VI и VII Всероссийских научных конференциях молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах» в секции «Экология и природопользование» (г. Анапа, 2008-2010 г.), научно-практической конференции по вопросам охраны окружающей, посвященной 20-летию образования природоохранной службы Краснодарского края (г. Краснодар, 2008 г.), Всероссийской конференции с элементами школы для молодых ученых «Исследования в области переработки и утилизации техногенных образований и отходов» (г. Екатеринбург, 2009 г.), Международной конференции «Проблемы экологии в современном мире в свете учения В.М Вернадского» (г. Тамбов, 2010 г.), I Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы охраны природы, окружающей природной среды и рационального природопользования» (г. Чебоксары, 2010 г.), II Научно-практической молодежной конференции «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность» (г. Москва, 2010 г.), региональной конференции, посвященной Дню эколога и Всемирному дню охраны окружающей среды (г. Краснодар, 2011 г.). Результаты исследований отмечены золотыми медалями на XIII и XIV Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед-2010, 2011».
Публикации результатов работы Основное содержание диссертационной работы представлено в 23 научных работах, в том числе 9 статьях, 3 из которых в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 10 тезисах докладов на международных, всероссийских и региональных конференциях, получено 2 патента РФ на изобретение и 2 патента РФ на полезную модель.
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованных источников (217 наименований). Работа изложена на 192 страницах машинописного текста, содержит 60 таблиц, 47 рисунков и 7 приложений.
