ГРУНТ ТЕХНОГЕННЫЙ ЗАТОРФОВАННЫЙ ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ И НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ Российский патент 2014 года по МПК B09C1/00 

Изобретение относится к охране окружающей природной среды, в частности к грунту техногенному заторфованному для рекультивации нефтезагрязненных и нарушенных земель, получаемому в результате переработки (обезвреживания) отходов бурения, загрязненных нефтью и нефтепродуктами грунтов, шламов очистки трубопроводов, емкостей, и предназначено для использования при рекультивации нарушенных земель в процессе строительства линейных сооружений и площадочных объектов; ликвидации буровых шламовых амбаров, шламонакопителей, нефтешламонакопителей (внесения изоляционного слоя); создании рекультивационного слоя при рекультивации нефтезагрязненных земель; закреплении насыпи и откосов внутрипромысловых дорог, площадочных объектов обустройства на территории лицензионных участков недропользователей; рекультивации карьеров общераспространенных полезных ископаемых, руд при открытых горных работах, отвалов вскрышных пород для создания плодородного слоя грунта; отсыпке периферийных частей кустовых оснований; отсыпке территорий краткосрочной аренды, предоставляемой на период строительства объектов обустройства месторождений; укреплении насыпи обвалования кустовых площадок, шламовых амбаров; устройстве оснований автомобильных дорог, трубопроводов в траншеях, оснований резервуаров вертикальных стальных (РВС) и др.; укрытии и изоляции отходов при рекультивации полигонов размещения отходов.

Из уровня техники известен грунт связующий и состав рекультивации, включающий продукты смеси: воду; углевод; белок; соединения железа; прочную базу и волокнистый материал (US 7005005, 28.02.2006).

Известен грунт связующий и состав рекультивации, подходящий для нанесения на оголенную почву, чтобы предотвратить или замедлить эрозию почвы, и включающий продукты смеси: часть грунта связующего, необходимая для связывания частиц почвы и содержащая: воду; углевод; белок; соединения железа; и прочную базу для увеличения растворимости углеводов и белков в воде, делая композицию сильно щелочной рН по крайней мере первоначально; и часть почвы рекультивации нарушенных земель, включающей: волокнистый материал, содержащий по крайней мере два различных типа волокон, один из типов волокон, который способствуют адгезии состава почвы, и другой из типов волокон, который способствуют появлению новых проросших семян или растений через волокнистый материал в почву (US 7021864, 04.04.2006).

Известен состав для рекультивации замазученных грунтов, в котором в качестве нефтеокисляющих компонентов наряду с другими используется мелкодисперсная сера, для интенсификации процесса биоразложения в состав дополнительно вводится активный ил или органика и адсорбент, а в качестве нефтеокисляющего компонента может быть использована недегазированная или недостаточно дегазированная сера (RU 2009101698, 27.07.2010).

Недостатками являются недостаточное обеззараживание нефтяного шлама и других загрязнений.

Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании грунтошламовой смеси для рекультивации нефтезагрязненных и нарушенных земель, которая исключала бы указанные выше недостатки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение условий окружающей среды, восстановление продуктивности нефтезагрязненных и нарушенных земель, повышенная плодородность в результате обогащения при очистке загрязненных земель кислородом и минеральными удобрениями и соответственно уменьшение нефтезягрязненных участков.

Указанный технический результат достигается в грунтошламовой смеси для рекультивации нефтезагрязненных и нарушенных земель, содержащей, полученную посредством переработки состава из нефтешлама, торфа, песка и воды, смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид ванадия 32,5 Углерод 31,4 Оксид алюминия 7,5 Оксид кремния 7,5 Оксид азота 6,8 Оксид железа 5,3 Водород 4,4 Оксид магния 1,5 Оксид марганца 0,8 Оксид свинца 0,4 Оксид хрома 0,4 Оксид цинка 0,4 Азот 0,4 Сопутствующие примеси 0,7

Соотношение состава из нефтешлама, торфа, песка и воды составляет, мас.%:

Нефтешлам 30-40% Торф 30-35% Песок 30-35% Вода остальное

Сопутствующие примеси включают проппант, содержащий керамические шарики, срезку нефтезагрязненного слоя земли, содержащую щебень, и мелкие отходы черных и цветных металлов, а именно: сплавы металлов стали, алюминия, меди, латуни, свинца, цинка, хрома.

Переработка включает перемешивание состава из нефтешлама, торфа, песка и воды в бункере установки УЗН-1МГЖ. Грунтошламовая смесь для рекультивации нефтезагрязненных и нарушенных земель представляет собой однородную грунтоподобную смесь от текучепластичной до рыхлой консистенции, в зависимости от влагосодержания исходного сырья.

Влажность свежеприготовленного материала находится в пределах 40-70%. В процессе наработки и хранения смеси, при перемешивании и выдержке на воздухе в течение от 1 до 30 дней происходит выравнивание влажности в штабеле смеси, материал приобретает рыхлую или вязко-пластичную консистенцию. Непосредственно перед укладкой влажность смеси должна быть доведена до значений, близких к оптимальным при уплотнении, т.е. от 20+/-5% до 40+/-10%.

Доставленный к месту использования материал укладывается в конструктивные слои толщиной 0,3-0,5 м при рекультивации карьеров и слоем 0,20-0,30 м при рекультивации нарушенных земель.

После укладки и распределения в конструктивный слой материал уплотняется до коэффициента уплотнения не менее 0,9 при глубине расположения до 1 м от поверхности земли и не менее 0,8 при глубине укладки более 1 м от поверхности земли.

На уплотненный конструктивный слой из данного материала допускается укладка вышестоящих слоев сразу после его укатки.

Грунтошламовая смесь для рекультивации нефтезагрязненных и нарушенных земель содержит полученную посредством переработки в бункере установки УЗН-1МГЖ состава из нефтешлама, торфа, песка и воды (нефтешлам - 30-40%, торф - 30-35%, песок - 30-35%, вода - остальное), смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид ванадия 32,5 Углерод 31,4 Оксид алюминия 7,5 Оксид кремния 7,5 Оксид азота 6,8 Оксид железа 5,3 Водород 4,4 Оксид магния 1,5 Оксид марганца 0,8 Оксид свинца 0,4 Оксид хрома 0,4 Оксид цинка 0,4 Азот 0,4 Сопутствующие примеси 0,7

в которую входят проппант, содержащий керамические шарики, срезку нефтезагрязненного слоя земли, содержащую щебень, и мелкие отходы черных и цветных металлов, а именно: сплавы металлов стали, алюминия, меди, латуни, свинца, цинка, хрома.

В качестве улучшающей добавки дополнительно в грунтошламовой смеси могут содержаться малые дозировки следующих типов веществ:

- препараты, ускоряющие деструкцию нефтепродуктов, и другие вредные вещества для окружающей природной среды;

- сорбенты, капсулирующие препараты, обеспечивающие связывание и инактивацию токсикантов;

- удобрения (минеральные, органические), раскислители, улучшающие качество материала при биологической рекультивации.

Физико-механические показатели грунтошламовой смеси

Свойства Показатели Метод определения по ГОСТ 1. Влажность 20-40/30-50 5180-84 2. Плотность смеси, г/см³, т/м³ 1,60-2,00/1,40-1,60 5180-84 3. Плотность сухого грунта, г/см³, т/м³ 1,45-1,75/1,25-1,50 5180-84 4. Прочность грунта по
сопротивлению срезу кгс/см² (МПа) ≥1,0(0,1)/- 30416-96 5. Коэффициент уплотнения 0,80-0,90/- 5180-84

Нефтешламы - отходы нефтедобычи, процессов подготовки и транспорта нефти, полученных при зачистке резервуарных парков нефтеперекачивающих станций, которые представляют собой трудноразделимую смесь нефтепродуктов, вскипающих в широком интервале температур, включают воду, мех. примеси - глину, песок, сульфиды железа и другое. Интервалы кипения 80% массы от 216 до 350°C. Содержание воды -18% массы, содержание песка, глины и сульфида железа -10% массы. Отобранный из резервуара нефтешлам представляет собой черную студенистую пасту, переходящую при нагревании до 57°C в легко текучую жидкость при плотности 0,854 г/ см³.

Песок, как наполнитель для грунтошламовых смесей, в соответствии с ГОСТ 25100-95 относится к следующим таксометрическим единицам:

- Класс II - природные дисперсные грунты.

- Группа - несвязные грунты.

- Подгруппа - осадочные грунты.

- Тип - силикатные породы.

- Вид - пески.

- Разновидности - могут применяться практически все разновидности песков, имеющиеся в регионе.

Торф в составе смеси выполняет роль наполняющего и сорбирующего материала, связывающего, деструктурирующего нефть и другие загрязняющие вещества и препятствующего их миграции в окружающую среду, а также роль гумуссированного субстрата, обуславливающего плодородие смеси, создание оптимальных условий для произрастания растений - трав, кустарников и деревьев на биологическом этапе рекультивации.

Торф - дисперсный, осадочный, органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50% (по массе) и более органических веществ.

По степени разложения могут применяться торфы от слаборазложившихся (менее 20) до сильноразложившихся (более 20).

По степени зольности торфы могут применяться нормальнозольные (менее 20) и высокозольные (более 20).

Торфы добываются из специально подготовленных карьеров, отвод и технология разработки которых согласовывается с природоохранными органами.

Допускается применение торфов с кислой реакцией среды при рН не ниже 3-4.

Перед разработкой участка торфяной залежи производится ее предварительное осушение путем разделения дренажными канавами на карты с обеспечением стока воды.

После экскавации торф складируется в штабель на площадке для размельчения и сушки на срок до 1 месяца при положительной температуре путем выдержки, перемешивания или фрезерования.

Влажность торфа перед его использованием в смеси для рекультивации, как правило, не должна превышать 10-15%.

Пригодными для применения являются марки торфа А и Б:

- марке А соответствует низинный торф травяной и древесно-травяной группы со степенью разложения до 20% и кислотностью по рН свыше 4,5;

- марке Б соответствует торф верховой, низинной и переходной группы со степенью разложения до 20% и кислотностью не ниже 3.

Для повышения экологических показателей утилизации нефтешламов в смесях для рекультивации рекомендуется применять добавки активных веществ и сорбентов, способствующих более полному связыванию токсикантов и удержанию их в структуре материала, устраняющих остаточную миграционную способность загрязнителей и позволяющих получить IV-V класс опасности композиции.

К таким реагентам, активизирующим процессы взаимодействия вяжущих грунтов и компонентов нефтешламов и связывающих, разрушающих нефть и другие углеводороды, относятся ряд известных веществ: известь, размельченный торф, опил, препарат «Роса», нефтепоглощающий сорбент «Миксойл», сорбент МИУ-С, алюмосиликатные сорбенты, биодеструкторы углеводородов «Сойлекс», «Деградойлас», «Центрин», капсулирующий препарат «Ризол» и другие.

Общее плодородие смеси обеспечивается наличием гумуссированных растительных компонентов в торфяных грунтах, а также наличием ряда питательных органических и минеральных соединений в буровых шламах - соединений фосфора, азота и калия. Вместе с тем, при создании корнеобитаемого рекультивационного слоя для обеспечения растений необходимым количеством элементов питания в грунтошламовую смесь по результатам анализа образцов вносится расчетное количество элементов питания и раскислителя.

Утилизация отходов на установке «УЗГ-1МГЖ» (установка для утилизации замазученных грунтов-1МГЖ) обеспечивает снижение концентрации нефтепродуктов в нефтешламе на 99,9%, примененное в установке устройство обработки отходящих газов с блоком орошения позволяет максимально снизить выбросы вредных веществ в атмосферу (коэффициент очистки по взвешенным веществам 97,3%, КПД очистки 88,4%).

Установка работает от сети переменного тока с номинальным напряжением 380 В, частотой 50 ГЦ и может использоваться в полевых условиях с питанием от генератора или на специально оборудованных площадках.

В комплект установки входят:

- загрузочное устройство подачи нефтесодержащих отходов в камеру утилизации;

- высокотемпературная камера утилизации;

- эжекторная жидкотопливная горелка ГЖ-300;

- топливный бак V 400 дм³;

- разгрузочное устройство;

- устройство обработки отходящих газов;

- блок орошения;

- пульт управления;

- электропривод.

Утилизация отходов происходит в высокотемпературной камере, представляющей собой вращающийся барабан, установленный на опорных катках с приводом от мотор-редуктора.

Необходимая для утилизации нефтесодержащих отходов температура создается за счет сжигания жидкого топлива в эжекторной жидкотопливной горелке, а также за счет сгорания органических соединений, находящихся в обезвреживаемых отходах.

Подача топлива в горелку производится самотеком из топливного бака.

Обезвреживаемые отходы поступают в высокотемпературную камеру из бункера-накопителя с помощью транспортера.

Установка смонтирована на раме, имеющей регулировочное устройство для изменения угла наклона барабана вдоль его оси.

Выгрузка обезвреженного материала производится в сменный бункер. Обработка отходящих газов производится в установке типа «Циклон» (9) с блоком орошения.

Запуск установки, вывод ее на рабочий режим и остановка производятся с пульта управления.

Работы подготовительного периода

В подготовительный период выполняются следующие работы:

- выбираются и обследуются площадки для приготовления смесей;

- определяются объемы и очередность работ, состав, свойства и объем отходов нефтешлама, характеристики грунтов и добавок;

- производится подбор составов смесей, определяются их физико-механические характеристики и степень связывания загрязняющих компонентов;

- подготавливаются технологическое оборудование и подъездные пути;

- определяется экономическая эффективность;

- согласовываются работы.

Проектирование составов грунтошламовых смесей

Правильно подобранная грунтошламовая смесь должна соответствовать требованиям настоящего регламента и иметь V класс опасности для окружающей среды.

Для использования принимается состав, имеющий требуемые физико-механические показатели при наибольшей дозировке нефтешлама, а также отвечающий требованиям биологического этапа рекультивации и экологической безопасности.

При необходимости производится дополнительная обработка нефтешлама и грунтошламовой смеси активными добавками с уточнением их дозировки.

Приготовление грунтошламовых смесей

Приготовление смеси возможно на специализированном полигоне, подготовленной площадке, в шламовом амбаре.

Устройство площадки для обработки бурового шлама и перемешивания с торфом и песком:

- разбивочные работы, планировка основания площадки, уплотнение грунта;

- гидроизоляция площадки путем укладки пленки полиэтиленовой в 2 слоя по площади основания;

- отсыпка площадки грунтом на проектные отметки при толщине защитного слоя не менее 0,5 м до уровня грунтовых вод;

- гидроизоляция площадки может быть обеспечена кольматацией пор песчаного грунта глинисто-коллоидной фазой, которая происходит в процессе работ, при пропитке поверхности грунта суспензией, либо после перемешивания в слое толщиной 15-20 см.

Переработка нефтешлама в строительный материал - смесь грунтошламовую:

- транспортировка шлама к месту переработки в оборудованных самосвалах;

- разработка, погрузка и транспортировка подготовленного торфа и песка либо готовой торфо-песчаной смеси;

- выгрузка компонентов смеси на рабочую площадку с формированием валов (при перемешивании экскаваторами) либо слоев (при перемешивании фрезами).

Также возможно производить предварительный завоз грунтов, приготовление и последовательное «расстилание» бульдозером торфа, песка и шлама слоями по 15-20 см длиной 100 м при ширине полосы 2,0 - 2,5 м с последующим перемешиванием слоев фрезой ФБН-2 в агрегате с трактором ДТ-75Б.

Отбор проб для испытания и подтверждения пригодности материала для использования.

Внесение, при необходимости, добавок для доведения смеси до 5 класса опасности, придания ей необходимых водно-физических и агрохимических свойств с последующим фрезерованием полос.

Сбор подготовленной смеси с захваток в штабели-бурты бульдозером, хранение смеси.

Приготовление смеси в шламовом амбаре проводится по описанной выше технологии с предварительным армированием и изоляцией полимерной пленкой содержащегося в амбаре шлама. Перемешивание смеси проводится экскаватором.

Грунтошламовая смесь для рекультивации нефтезагрязненных и нарушенных земель содержит полученную посредством переработки состава из нефтешлама, торфа, песка и воды смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид ванадия 32,5; углерод 31,4; оксид алюминия 7,5; оксид кремния 7,5; оксид азота 6,8; оксид железа 5,3; водород 4,4; оксид магния 1,5; оксид марганца 0,8; оксид свинца 0,4; оксид хрома 0,4; оксид цинка 0,4; азот 0,4; сопутствующие примеси 0,7. Соотношение состава из нефтешлама, торфа, песка и воды составляет, мас.%: нефтешлам 30-40%; торф 30-35%; песок 30-35%; вода - остальное. Сопутствующие примеси включают проппант, содержащий керамические шарики, срезку нефтезагрязненного слоя земли, содержащую щебень, и мелкие отходы черных и цветных металлов. Переработка включает перемешивание состава из нефтешлама, торфа, песка и воды в бункере установки УЗН-1МГЖ. Техническим результатом изобретения является улучшение условий окружающей среды, восстановление продуктивности нефтезагрязненных и нарушенных земель, повышенная плодородность в результате обогащения при очистке загрязненных земель кислородом и минеральными удобрениями и соответственно уменьшение нефтезягрязненных участков. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Грунтошламовая смесь для рекультивации нефтезагрязненных и нарушенных земель, характеризующаяся тем, что содержит полученную посредством переработки состава из нефтешлама, торфа, песка и воды смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид ванадия 32,5 Углерод 31,4 Оксид алюминия 7,5 Оксид кремния 7,5 Оксид азота 6,8 Оксид железа 5,3 Водород 4,4 Оксид магния 1,5 Оксид марганца 0,8 Оксид свинца 0,4 Оксид хрома 0,4 Оксид цинка 0,4 Азот 0,4 Сопутствующие примеси 0,7

2. Смесь по п.1, характеризующаяся тем, что соотношение состава из нефтешлама, торфа, песка и воды составляет, мас.%:
Нефтешлам 30-40% Торф 30-35% Песок 30-35% Вода остальное

3. Смесь по п.1, характеризующаяся тем, что сопутствующие примеси включают проппант, содержащий керамические шарики, срезку нефтезагрязненного слоя земли, содержащую щебень, и мелкие отходы черных и цветных металлов.

4. Смесь по п.1, характеризующаяся тем, что переработка включает перемешивание состава из нефтешлама, торфа, песка и воды в бункере установки УЗН-1МГЖ.