Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 12
1.1. Загрязнение окружающей среды при добыче, транспорте, хранении, распределении и переработке углеводородного сырья и их потенциальная опасность 12
1.1.1. Источники загрязнения окружающей природной среды при строительстве скважин опасность 12
1.1.2. Источники загрязнения при транспорте, хранении, распределении и переработке углеводородного сырья 14
1.1.3. Оценка опасности при попадании в окружающую среду нефти и нефтепродуктов 15
1.2. Обезвреживания отработанных буровых растворов и нефтезагрязненных грунтов 18
1.2.1. Классификация буровых шламов и нефтезагрязненных грунтов 18
1.2.2. Сбор, обезвреживание загрязнений и преодоление последствий 20
1.2.3. Основные методы обезвреживания нефтезагрязненных отходов производства 22
1.2.3.1. Анализ современных технологий обезвреживания твердых и пастообразных нефтезагрязненных материалов 22
1.2.3.2. Современный уровень технологии капсулирования нефтезагрязненных отходов 30
1.2.4. Оборудование для обеспечения метода капсулирования 32
1.3. Выводы и постановка целей и задач исследования 33
ГЛАВА 2. Анализ и совершенствование технологии реагентного капсулирования нефтезагрязненных материалов 36
2.1. Теория и практика обезвреживания загрязненных материалов методом* реагентного капсулирования 36
2.2. Характеристика реагентов и их совершенствование 40
2.2.1. Технические требования к реагентам 40
2.2.2. Создание и исследование опытных образцов реагентов с использованием различных гидрофобизаторов 42
2.2.2.1. Создание опытных образцов реагента 42
2.2.2.2. Экспериментальные исследования по гидрофобизации реагентов 42
2.3. Исследование кинетики процесса реагентного капсулирования на примере капсулирования буровых шламов 44
2.3.1. Установка для исследования 45
2.3.2. Методика исследования кинетики реагентного капсулирования 48
2.3.3. Состав и свойства экспериментальных загрязненных материалов 49
2.3.4. Результаты исследований процесса реагентного капсулирования 53
2.4. Определение потребного количества компонентов для 56 осуществления реагентной технологии
2.5. Временные и температурные условия отдельных стадий капсулирования
2.6. Результаты и выводы по главе 62
ГЛАВА 3. Определение характеристик капсулированных нефтезагрязненных материалов и оценка их воздействия на окружающую среду 64
3.1. Номенклатура показателей свойств загрязняющих материалов и методы их определения 64
3.2. Методы и техника анализа загрязнителей 66
3.2.1. Определение фазового состава 66
3.2.2. Определение компонентного состава углеводородов 66
3.3. Методика экспериментальных исследований.капсулированных нефтезагрязненных материалов 68
3.4. Результаты опытно-лабораторных исследований характеристик капсулированных нефтезагрязненных материалов 69
3.5. Анализ эффективности применения метода реагентного капсулирования 76
3.6. Результаты и выводы 83
ГЛАВА 4. Исследование устойчивости капсулированных нефтезагрязненных материалов под воздействием природных и техногенных факторов 84
4.1. Устойчивость капсул в водной среде 84
4.1.1. Оценка устойчивости капсул по органолептическим показателям 84
4.1.2. Влияние замораживания на устойчивость капсул 87
4.1.3. Оценка устойчивости капсул при попадании в водоемы рыбохозяйственного назначения. Токсикологическое воздействия капсул в водоемах 90
4.2. Устойчивость капсул к воздействию кислых сред 93
4.3. Выводы 99
ГЛАВА 5. Анализ эффективности применения разработанной технологии в промышленных масштабах 100
5.1. Концепция организационно-технического решения задач промышленного обезвреживания и утилизации нефтезагрязненных материалов 100
5.2. Технология реагентного капсулирования нефтезагрязненных материалов в установках квазизакрытого типа и технические средства для ее осуществления 101
5.3: Разработка реактора-смесителя для реагентного
обезвреживания нефтезагрязненных материалов 104
5.3.1. Назначение и область применения реактора-смесителя 104
5.3.2. Основные конструкторские решения 105
5.3.3. Устройство реактора-смесителя 108
5.3.3Л. Принцип действия реактора-смесителя 10
5.3.3.2. Кинематика 108
5.3.3.3. Техническая характеристика реактора-смесителя 108
5.3.3.4. Порядок работы реактора-смесителя 109
5.4. Стендовые испытания реактора-смесителя ПО
5.4.1. Цели и задачи стендовых испытаний НО
5.4.2. Разработка технологии реагентного обезвреживания загрязненных материалов для реактора-смесителя СШ-2В-700 111
5.4.2.1. Дозирование компонентов 111
5.4.2.2. Режим работы реактора-смесителя 111
5.4.3. Проверка качества обезвреживания загрязненных материалов при использовании реактора-смесителя 112
5.4.4. Программа стендовых испытаний 113
5.4.5. Результаты стендовых испытаний . 118
5.5. Экономическая эффективность внедрения
5.6 Результаты и выводы
Основные результаты работы и выводы
Список литературы приложения
- Источники загрязнения окружающей природной среды при строительстве скважин опасность
- Характеристика реагентов и их совершенствование
- Номенклатура показателей свойств загрязняющих материалов и методы их определения
- Оценка устойчивости капсул при попадании в водоемы рыбохозяйственного назначения. Токсикологическое воздействия капсул в водоемах
Введение к работе
Актуальность. Научно-технический прогресс - основа концепции социально-экономического развития общества. Неизбежным следствием научно-технического прогресса является не только улучшение качества жизни человека, защищенность его от многих природных факторов, но и резко возрастающие антропогенные нагрузки на объекты окружающей среды и, в первую очередь, на ее наиболее уязвимый компонент - биосферу.
Характерным примером отрицательного антропогенного воздействия на природную среду результатов хозяйственной деятельности человека в нашей стране может служить нефтегазодобывающая, промышленность. По уровню техногенного влияния на окружающую природную среду нефтегазовый комплекс занимает одно из первых мест среди других производств, загрязняя практически все компоненты природной среды. Загрязнение происходит на всех этапах: при строительстве и эксплуатации скважин; транспортировке и переработке углеводородного сырья и, при существующем уровне техники и технологиях, исключить этот процесс полностью нельзя.
В связи с возрастающими требованиями к охране окружающей среды проблема обезвреживания нефтезагрязненных материалов является весьма актуальной и требует как разработки новых, так и совершенствования существующих методов преодоления последствий загрязнения.
Степень изученности проблемы.
В станах ЕС и США в последние пятнадцать — двадцать лет технология обезвреживания промышленных отходов и санации загрязненных ядовитыми веществами грунтов и почв методом реагентного капсулирования получила относительно широкое распространение.
Однако научно-техническая информация по данной проблеме, публикуемая в открытой зарубежной печати носит очень ограниченный и зачастую рекламный характер. Авторами разработок не раскрываются технологиче-
ские параметры* процессов; оптимальные режимы обработки, отсутствуют сведения о компонентном составе капсулирующих реагентов, технологии их производства, принципах работы и конструктивных особенностей оборудования и т.п.
В литературе отсутствуют системные исследования влияния капсул на компоненты окружающей среды, их поведение под воздействием различного рода физических и химических факторов, изменений происходящих с течением времени.
Объект исследования. Объектами исследования являются технология и оборудование для обезвреживания нефтезагрязненных отходов методом реагентного капсулирования8
Предмет исследования. Количественные показатели эффективности снижения давления на окружающую среду основных* видов нефтезагрязненных грунтов и буровых шламов
Цель работы. Целью работы является совершенствование технологии обезвреживания нефтезагрязненных материалов методом реагентного капсулирования, совершенствование технических средств для ее обеспечения и оценка последствий применения метода реагентного капсулирования на окружающую среду.
Задачи исследования:
Разработать рецептуру и создать опытные образцы капсулирующих реагентов, обладающих максимальной эффективностью при обезвреживании углеродосодержащих отходов различного агрегатного состава.
Разработать принципы подбора режимов капсулирования загрязненных материалов и дозировки компонентов, участвующих в процессе капсулирования при различном содержании углеводородной фазы.
Провести анализ влияния капсулированного материала на окружающую среду с учетом воздействия на него временных, природных и антропогенных факторов.
4. Дать рекомендации по промышленному применению метода- реа-гентного капсулирования для обезвреживания основных видов нефтезагряз-ненных грунтов.
Методы исследования.
Углеводородная фаза экстрагировалась хлороформом на. аппарате Со-кслета и после отгонки растворителя оценивалась весовым и фотокалориметрическим методами. Определение компонентного состава углеводородов проводилось по методу Энглера. Ионный состав водных вытяжек загрязненных материалов определялся по стандартным методикам титрометрии и электрометрическим способом с использованием ионселективных электродов1. Для анализа токсикологического воздействия капсул использован метод биотестирования.
Новизна полученных результатов состоит:
В разработке рецептуры и создании опытных образцов новых капсу-лирующих реагентов на основе активной окиси кальция и нефтепарафинов в качестве гидрофобных модифицирующих добавок.
В проведении' оценки эффективности реагентов, где показано, что содержание гидрофобизатора 5 -20% обеспечивает сорбционную способность реагента до 210 минут.
В определении потребности реагента и воды для нефтезагрязненного материала различного состава. Для нефтешламов полученных при очистке магистральных нефтепроводов, при транспорте и хранении нефти, доза реагента от массы нефтепродуктов составляет 80 - 100%.
4 В определении устойчивости капсулированных нефтезагрязненньгх материалов при воздействии на них природных и техногенных факторов: влаги, температурных колебаний, кислотных дождей. Установлено, что длительное нахождение капсул в воде не вызывает появления токсических веществ в окружающей среде, замораживание и размораживание капсул не приводит к их деструкции, реальные кислотные дожди с содержанием серной и азотной кислот до 1% масс в месте контакта с капсулированным материалом не вызывают его разрушения.
5. В установлении того, что при длительном хранении капсулированно-го материала на*открытом воздухе на промышленных площадках в условиях Крайнего Севера не происходит нарушение структуры капсул.
На примере исследования капсул со сроком их изготовления 3 месяца, 3 года и 6 лет показано, что устойчивость капсул к воздействию природных и техногенных факторов повышается с увеличением срока их хранения.
Практическая ценность.
Разработаны более совершенные реагенты с использованием нефтепа-рафинов, являющихся отходами нефтехимического производства в качестве гидрофобизатора, что позволяет повысить эффективность метода реагентно-го капсулирования нефтезагрязненных материалов и снизить стоимость самих реагентов.
Результаты испытаний предложенной технологии обезвреживания, основных видов нефтезагрязненных материалов позволяют создавать промышленные установки и назначать максимально эффективные режимы их работы при обезвреживании нефтезагрязненных материалов различного агрегатного состава и> содержания углеводородной фазы.
Реализация и внедрение результатов работы.
Рецептура реагентов, их дозировка, а также принципы подбора режимов капсулирования нефтезагрязненных материалов при различном содержании углеводородной фазы легли в основу «Регламента обезвреживания нефтезагрязненных отходов и почвогрунтов, образующихся в результате производственной деятельности предприятий магистральных нефтепроводов». Регламент внедрен в ОАО «Северные магистральные нефтепроводы».
Разработанная технология реагентного обезвреживания реализована в методике опытно-лабораторных испытаний реактора-смесителя двухвально-го СШ-2В-700, что позволило успешно использовать его для работы в условиях Крайнего Севера.
Апробация работы. Содержание основных разделов диссертации докладывались на международных, всероссийских и отраслевых конференциях: научно-техническом совете ОАО «Газпром», секция «Техника и технология
бурения скважин», г. Тюмень, 2004 г.; IV научно-практическая конференции, г. Усинск, 2006 г.; VII конгрессе нефтегазопромышленников России, г.Уфа, 2007 г.; II международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири», г. Тюмень, 2008 г.
Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на научном семинаре кафедр «Промышленная экология и безопасность» и «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация» Омского государственного технического университета.
Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 3 статьях, материалах докладов 5 научных конференций, 1 патенте на полезную модель.
На защиту выносятся.
Результаты исследования по созданию опытных образцов капсули-рующих реагентов, обладающих максимальной эффективностью при обезвреживании нефтезагрязненных материалов различного агрегатного состава и содержания углеводородной фазы.
Результаты анализа влияния капсулированного материала на окружающую среду с учетом воздействия на него временных, природных и антропогенных факторов.
Методика и результаты испытаний технологии промышленного обезвреживания основных видов нефтезагрязненных материалов на опытно-промышленном образце реактора-смесителя двухвального СШ-2В-700.
Описание структуры работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных литературных источников, содержащих 170 наименований и 3 приложения. Диссертация содержит 38 рисунков и 24 таблицы. Общий объем работы 147 страниц.
Источники загрязнения окружающей природной среды при строительстве скважин опасность
Процесс бурения сопровождается применением материалов»и-химреагентов различной степени опасности, значительным объемом водопотребле-ния и образования производственно-технологических отходов, представляющих определенную опасность для флоры и фауны [1]. Основными объектами загрязнения при бурении скважин являются геологическая среда (подземные воды), гидро- и литосфера (открытые водоемы, почвенно-растительный покров). Они загрязняются в результате в результате несовершенства и несоответствия отдельных технологических процессов требованиям охраны окружающей среды, а также из-за попадания в них материалов, нефтепродуктов, химреагентов и производственно-технологических отходов бурения, представленных буровыми сточнымиводами (БСВ), отработанными буровыми растворами (ОБР) и буровыми шламами (БШ). Наиболее ощутимы отрицательные последствия загрязнения почв, поверхностных и подземных (грунтовых) вод [2-23].
Систематизация источников загрязнения объектов окружающей природной среды при бурении скважин показана на рис. 1.1.
Объемы загрязнения природной среды определяются, в первую очередь совершенством технологии строительства скважин, характеризующейся надежностью мест локализации отходов бурения.
Принятая в настоящее время технология строительства скважин ориентирована на использование земляных котлованов для сбора и хранения отходов бурения, которые сооружаются в минеральном грунте непосредственно на территории участка, отводимого под буровую. Такие амбары подлежат ликвидации после окончания строительства скважин. Однако из-за несовершенства технологии их ликвидации не всегда удается своевременно и качественно проводить такие работы. Поэтому основными источниками загрязнения природной среды при бурении скважин являются шламовые амбары. При этом основными путями проникновения отходов бурения в объекты гид-ро- и литосферы являются фильтрация в почвы и грунты и утечки при нарушении обваловок и стенок амбаров, а также при паводках в период дождей и интенсивного таяния снегов.
Источниками загрязнения окружающей природной среды при транспорте, хранении, распределении и переработке углеводородного сырья и их продуктов являются применяемые для этих целей технологии и технические средства. Поступление загрязнений в естественные биотопы на пути движения продукции от скважины до потребителя могут происходить по следующим причинам:
Несовершенство систем сбора и транспорта углеводородов.
Неисправность устьевого оборудования скважин и перекачивающих насосов (пропуск нефти и газа через сальники и сальниковые уплотнения)
Низкая степень герметизации сырьевых и товарных резервуаров и использованием последних для осуществления приемно-сдаточных операций.
Несовершенство сепарационного оборудования и процесса сепарации.
Использование негерметичных систем подготовки нефти и воды. Проведение профилактических работ по очистке резервуаров и трубопроводов от накопившихся в них осадков и отложений.
Порывы нефтепродуктопроводов из-за аварий и нарушения правил их технической эксплуатации.
Образование технологических отходов в процессе переработки углеводородного сырья.
Основными загрязнителями, которые образуются в технологических циклах и распространяются во всех компонентах экосистем, являются жидкие и газообразные углеводороды, механические примеси, органические соединения и растворенные минеральные соли. При этом наибольшую опасность для природной среды представляют жидкие углеводороды и нефтяные шламы.
При попадании на почву и грунт нефти и нефтепродуктов тяжелые фракции проникают на незначительную глубину и задерживаются верхними слоями. Более легкие фракции проникают в нижележащие слои. Следовательно, загрязнение происходит главным образом легкими-фракциями.
На сильно загрязненных участках глубина проникновения-нефти может достигать 90 см и более. Однако уже через некоторый промежуток времени площадь загрязнения может уменьшиться вследствие частичного смыва нефти дождями и разложения почвенной микрофлорой.
На сильно загрязненных участках растительность погибает почти полностью, особенно мхи и лишайники.
По мере перемещения нефти вниз уровень ее насыщения снижается. Ниже определенного уровня насыщения (так называемого остаточного на сыщения), составляющего 10-12% [24], нефть перестает мигрировать и становится неподвижной.
При достижении нефтью уровня грунтовых вод дальнейшее движение вниз прекращается. При этом легкие фракции могут всплывать на поверхность. Тем не менее, под продолжающимся влиянием капиллярных сил тенденция нефти к расширению сохраняется. Кроме того, нефть перемещается по направлению естественного уклона по поверхности грунтовых вод. Расширение площади распространения нефти под действием капиллярных сил уменьшает насыщенность ею почв и грунтов. Если новых поступлений нефти в грунт не происходит, то может быть достигнута остаточная насыщенность и дальнейшая ее миграция прекращается. Проявление капиллярного эффекта хорошо прослеживается при незначительной проницаемости и пористости грунтов. Например, пески и гравийный грунт весьма благоприятны для миграции нефти, а глины и илы ограничивают расстояние, на которое она может перемещаться. В горных породах нефть движется по трещинам. Размеры вертикальной и горизонтальной миграции можно довольно уверенно прогнозировать.
Немаловажную роль в процессах миграции нефтяного загрязнения играет сорбционная способность почв и грунтов. Она зависит от свойств грунтов, в первую очередь, от капиллярных сил, которые определяются гранулометрическим составом грунта и его влажностью.
В общем случае почвы и грунты могут сорбировать меньшее количество нефтяных веществ, чем воды. Чем выше насыщенность грунтов водой, тем ниже их способность сорбировать нефтяные вещества. Водонасыщен-ные грунты связывают только остаточное количество нефтепродуктов в форме жидкой фазы. При содержании нефтепродуктов, превышающем остаточное, избыток его вытесняется водой в слои с более низкой влажностью.
Характеристика реагентов и их совершенствование
В соответствии с выше изложенными теоретическими положениями обезвреживания загрязненных материалов методом реагентного капсулиро-вания, предлагаемые к разработке и внедрению капсулирующие реагенты должны отвечать следующим требованиям:
- реагенты должны обеспечивать требуемый эффект обезвреживания при условии соблюдения заданных технологических параметров обработки загрязненных материалов;
- реагенты должны обладать гидрофобными свойствами, обеспечивающими начало активной стадии реакции гидратации только после завершения стадии гомогенизации реагентов с загрязненными материалами;
- рецептурный состав реагентов должен включать в себя доступные и дешевые материалы, выпускаемые отечественной промышленностью из отечественного природного сырья;
- по степени опасности реагенты должны относится к безопасным или умеренно-опасным веществам (3 класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76);
- гарантийный срок хранения реагентов должен быть не менее 1 года, при этом он не должен слеживаться, потеря активности не должна превышать 6-8%.
Основным компонентом реагентов для обезвреживания загрязняющих материалов является активная порошкообразная окись кальция, выпускаемая отечественной промышленностью по ГОСТ 9179-77 «Известь строительная».
Получают воздушную негашеную кальциевую известь путем обжига кальциевых карбонатных пород в барабанных или туннельных печах при температуре 900 - 1100С с последующим механическим диспергированием комовой извести в щековых дробилках и шаровых мельницах.
Воздушная негашеная известь в зависимости от содержания активной СаО подразделяется на три сорта (табл. 2.1)
Техническая характеристика воздушной негашеной кальциевой извести
Наименование показателя Норма, % по массе сорт 2 сорт 3 сорт
Активная СаО, не менее Активная MgO, не более СО2, не более Не погасившиеся зерна, не более 905 3 7 80 5 5 11 705 7 14
Степень дисперсности воздушной порошкообразной извести должна быть такой, чтобы при просеивании пробы извести сквозь сито с сетками № 02 и 008 по ГОСТ 3584-73 проходило соответственно не менее 98,5 и 85 % массы просеиваемой пробы.
Как показали дальнейшие исследования, для успешного протекания химических реакций капсулирования требуются реагенты, изготовленные из извести 1 сорта. Так, снижение содержания активной СаО на 1% приводит к увеличению расхода реагента на обезвреживание загрязненных материалов на 8-10% от первоначальной дозы.
Изучение отечественного производства вяжущих материалов показало, что в России молотая негашеная известь 1 сорта в широких промышленных масштабах не производится. Это связано с отсутствием потребительского спроса на данный вид продукции (в строительстве используется известь 2 и 3 сорта), низким качеством сырья и несовершенством технологии производства. 2.2.2. Создание и исследование опытных образцов реагентов с использованием различных гидрофобизаторов
Приготовление опытных образцов реагентов — гидрофобизированной активной извести осуществлялось на лабораторном стенде, который состоял из муфельной печи и шаровой лабораторной мельницы. В муфельную печь загружался известняк с содержанием СаСОз не менее 95 % и прокаливался в течение 3 часов при температуре 1200С. После охлаждения до температуры 300С комовая известь измельчалась в шаровой мельнице до размеров зерен крупностью не более ОД мм.
Гидрофобизация молотой активной извести осуществлялась путем интенсивного перемешивания в шаровой мельнице основного компонента и гидрофобизирующей добавки при температзфах соответствующих условиям плавления (разжижения) вводимого гидрофобизатора. Данные о компонентном составе лабораторных образцов реагентов и температурных режимах гидрофобизации приведены в табл. 2.2.
Эффективность гидрофобизации опытных образцов реагентов оценивалась по экспериментальным данным кинетики реакций гидратации гидрофобизированной извести. Эксперименты проводились в термостатируемой колбе, снабженной температурным датчиком и самопишущим электроизмерительным прибором. В колбу помещалась навеска исследуемого реагента и добавлялась вода в соотношении 1:2.
Изменение температуры реакции гидратации во времени непрерывно фиксировалось самопишущим прибором. По данным кривых определялось время начала активной фазы гашения извести, время протекания реакции, максимальные скорость и температура гидратации.
Номенклатура показателей свойств загрязняющих материалов и методы их определения
Оценка устойчивости капсул при попадании в водоемы рыбохозяйственного назначения. Токсикологическое воздействия капсул в водоемах
Номенклатура показателей состава и загрязняющих свойств промышленных отходов определяется в первую очередь областью их утилизации и требованиям к качеству природного объекта, обеспечивающего его нормальное функционирование как экологической системы. Такие требования приводятся в специальной литературе [94-108]. Учитывая, что основными объектами природной среды, подверженными загрязнению промышленными отходами, являются почвогрунты и водные системы, номенклатура показателей состава и загрязняющих свойств отходов должна в полной мере отражать механизмы функционального повреждения экосистем таких природных объектов. В соответствии с этим определены показатели загрязняющих свойств исследуемых промышленных отходов.
Отрицательным воздействием на почвогрунты обладают следующие ингредиенты загрязненных материалов: углеводороды (нефть и нефтепродукты), в т.ч. их фракционный состав; трудноокисляемая органика; соединения тяжелых металлов, как наиболее токсичные для почвогрунтов компоненты. На рост растений и жизнедеятельность микроорганизмов непосредственно влияет показатель среды рН. Резкое отклонение его зна чений от оптимального для почв различных типов может вызвать изменение соотношения органической и минеральной частей, направленности и скорости протекающих в почве химических, биологических и почвовос-станавливающих процессов [109, ПО].
Для водных экосистем, в частности для гидробионтов, наибольшую опасность кроме нефти и нефтепродуктов представляют взвешенные вещества (известь, мелкие частицы породы и др.) и коллоидные частицы минеральной и органической природы [111-114]. Они в основном проявляют токсический эффект, носящий механизм функциональных повреждений флоры и фауны. На физические параметры водных объектов значительное влияние оказывают полидисперсные взвеси различной природы, коллоидные вещества органической и минеральной природы, трудно- и легкоокис-ляемая органика, а также растворимые минеральные соли [115].
В зависимости от направлений обезвреживания и утилизации отходов номенклатура показателей их состава и свойств должна строго учитывать требования, предъявляемые к качеству таких материалов или их соединений. Так, например, в перечень показателей качества загрязненных материалов, образующихся на промышленных объектах нефтегазовой отрасли до и после их нейтрализации, должны быть включены такие дополнительные составляющие как интегральный показатель химическое потребление кислорода (ХПК) и общая щелочность.
При использовании обезвреженных отходов в качестве вторичных сырьевых ресурсов (например, при отсыпке основания дорожного полотна или в производстве цемента) основными являются показатели прочностных свойств и элементного состава, т.е. для каждого направления утилизации отходов номенклатура показателей ограничивается требованиями не только загрязняющих свойств (главным образом, санитарно-токсикологической направленности), но и потребительских свойств готовой продукции. 3.2. Методы и техника анализа загрязнителей 3.2.1. Определение фазового состава
Количество содержащейся в образце водной фазы определялось по методу Дина и Старка.
Углеводородная фаза экстрагировалась хлороформом на аппарате Сокслета и после отгонки растворителя оценивалась весовым или фотокалориметрическим методом.
Высушенный до постоянной массы остаток, после извлечения из него влаги и нефтепродуктов представлял собой твердую фазу исследуемого материала.
Определение компонентного состава углеводородов проводилось по методу Энглера [116].
Под выщелачиванием понимают процесс длительного (не менее 24 часов) контакта (при периодическом) перемешивании исследуемых материалов с дистиллированной водой с последующим анализом водной вытяжки на содержание загрязняющих веществ. Таким образом, тест на выщелачивание, имитируя в лабораторных условиях процессы взаимодействия материалов с водной средой, позволяет получить объективную информацию о мобильных свойствах загрязнений, а, следовательно, об их способности к распространению в природных биотопах, что в конечном итоге является решающим фактором загрязнения окружающей среды.
Анализ водной вытяжки после выщелачивания проводился по следующим показателям, приведенным ниже. Химическое потребление кислорода (ХПК) является интегральным показателем содержания органических и некоторых неорганических веществ. Количество кислорода, эквивалентное расходу окислителя (бихро-мата калия), характеризует значение бихроматной окисляемости. Анализ на ХПК выполнялся арбитражным методом [117-119].
Нефть и нефтепродукты (углеводороды) определялись наиболее распространенным весовым методом, который признан арбитражным [117]. Сущность его сводится к экстракции нефтепродуктов хлороформом, отгонке растворителя, последующему растворению остатка в гексане, удалению полярных соединений и гравиметрическому определению растворенных в гексане веществ.
Кроме весового, для определения нефтепродуктов использовался флуориметрический метод, который основан на экстракции хлороформом, хромотографической очистке экстракта после замены растворителя на гексан и измерении интенсивности флуоресценции очищенного гексанового экстракта на приборе типа «Флюорат-02».
Щелочность. Этот показатель - один из наиболее важных для определения загрязняющих свойств промышленных отходов. Щелочностью называют содержание в водных растворах веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами, т.е. ионами водорода. К таким веществам относятся сильные основания, диссоциирующие в разбавленных растворах с образованием гидроксид-ионов (NaOH, КОН, Са(ОНЬ и т.д.); слабые основания (аммиак, пиридин и т.д.) и анионы слабых кислот (НСОз , С03 , Н2РО4" , HS03 ); анионы гуминовых кислот. Определение щелочности осуществлялось методом потенциометрического титрования пробы сильной кислотой в присутствии индикаторов [101].
Ионный состав водных вытяжек загрязненных материалов определяется по стандартным методикам титрометрии или электрометрическим способом с использованием ионселективных электродов [117]. 3.3. Методика экспериментальных исследований капсулированных нефтезагрязненных материалов
Образцы загрязненных материалов капсулировались (обезвреживались) с помощью различных доз регента марки Бизол. Для этого навески загрязненных материалов перемешивались до однородного состояния с заданным количеством реагента, выкладывались на открытую поверхность и выдерживались в течение 3 суток для протекания химических реакций. К этому сроку образцы должны приобретали вид сухого гидрофобного продукта, рассыпающегося в порошок при легком надавливании.
Эффективность обезвреживания испытываемых образцов оценивалась по выносу из образцов в природную среду загрязняющих веществ (ХПК, углеводороды).
Как правило, миграция вредных веществ из материалов происходит по причине их выщелачивания (вымывания) атмосферными осадками и грунтовыми водами, которые способны переносить эти загрязнения на большие расстояния. Капсулированный шлам, обладающий иммобильными свойствами, позволяет предотвращать или уменьшать до безопасных пределов загрязнение окружающей среды. Эти свойства обезвреженный шлам не должен терять с течением времени и при воздействии различного рода природных факторов.
Обезвреженные продукты испытывались по методу статического контакта с дистиллированной водой в течение 1 суток. Для этого в колбу с 600 мл дистиллированной воды вносили 30 г. пробы исходного материала или материала, обработанного соответствующей дозой реагента и оставляли на одни сутки в контакте, периодически (не реже 1 раза час) перемешивая содержимое двукратным переворачиванием колбы. Через сутки воду отделяли от взвеси фильтрованием через бумажный фильтр и анализировали ее на содержание загрязняющих веществ. По результатам анализа рассчитывались соответствующие эффекты обезвреживания. Параллельно, часть обезвреженных образцов выдерживалась в течение 30 и 60 суток, по истечении которых они также по приведенной выше методике оценивались на выщелачивание вредных веществ.
По результатам экспериментальных данных высчитывались и анализировались эффекты обезвреживания.
