ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ ПРОДУКТОВ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ПУТЕМ СЖИГАНИЯ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (ХМАО-ЮГРА)
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 9
1. Физико-географическая характеристика районов утилизации нефтешламов в
пределах таёжной зоны Западной Сибири 13
1.1. Общая характеристика территории 13
1.2. Климат 15
1.3. Геологическое строение, рельеф, гидрография 18
1.4. Особенности почвенного покрова территории 23
1.5. Растительность 33
2. Объекты и методы исследования 36
2.1 Объекты исследования 36
2.2 Методы исследования 38
3. Экологические проблемы нефтесодержащих отходов 39
3.1. Химичекий состав нефтешламов 39
3.2. Причины и условия образования нефтяных шламов 41
3.3. Объекты размещения нефтешламов 43
3.4. Воздействие нефтешламов и компонентов нефти на окружающую среду. 46
3.5. Нормативно-правовая база в области обращения с отходами 49
4. Основные способы утилизации нефтяных шламов 52
4.1. Физические методы утилизации нефтешламов 53
4.2. Физико-химические методы утилизации нефтешламов 55
4.3. Химические методы утилизации нефтешламов 56
4.4. Термические методы утилизации нефтешламов 57
4.5. Биологические методы утилизации нефтешламов 59
5. Утилизация нефтешламов в процессе сжигания 62
5.1. Описание установок сжигания нефтесодержащих отходов 63
5.2 Технология утилизации исходного сырья в специализированных
установках схигания 67
6. Эффективность термического метода утилизации нефтешламов на примере
вторичных продуктов переработки в пределах месторождений ХМАО-Югры 71
6.1. Анализ вторичных продуктов, полученных при термической обработке
нефтешламов 71
6.2. Перспективы использования и внедрения полученных продуктов утилизации в технологический процесс 78
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 89
ПРИЛОЖЕНИЯ 101
ВВЕДЕНИЕ 9
1. Физико-географическая характеристика районов утилизации нефтешламов в
пределах таёжной зоны Западной Сибири 13
1.1. Общая характеристика территории 13
1.2. Климат 15
1.3. Геологическое строение, рельеф, гидрография 18
1.4. Особенности почвенного покрова территории 23
1.5. Растительность 33
2. Объекты и методы исследования 36
2.1 Объекты исследования 36
2.2 Методы исследования 38
3. Экологические проблемы нефтесодержащих отходов 39
3.1. Химичекий состав нефтешламов 39
3.2. Причины и условия образования нефтяных шламов 41
3.3. Объекты размещения нефтешламов 43
3.4. Воздействие нефтешламов и компонентов нефти на окружающую среду. 46
3.5. Нормативно-правовая база в области обращения с отходами 49
4. Основные способы утилизации нефтяных шламов 52
4.1. Физические методы утилизации нефтешламов 53
4.2. Физико-химические методы утилизации нефтешламов 55
4.3. Химические методы утилизации нефтешламов 56
4.4. Термические методы утилизации нефтешламов 57
4.5. Биологические методы утилизации нефтешламов 59
5. Утилизация нефтешламов в процессе сжигания 62
5.1. Описание установок сжигания нефтесодержащих отходов 63
5.2 Технология утилизации исходного сырья в специализированных
установках схигания 67
6. Эффективность термического метода утилизации нефтешламов на примере
вторичных продуктов переработки в пределах месторождений ХМАО-Югры 71
6.1. Анализ вторичных продуктов, полученных при термической обработке
нефтешламов 71
6.2. Перспективы использования и внедрения полученных продуктов утилизации в технологический процесс 78
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 89
ПРИЛОЖЕНИЯ 101
Актуальность исследования. Западная Сибирь - это центр развития и освоения нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Западно-Сибирский регион на сегодняшний день является крупнейшим в нашей стране источником нефтеуглеводородного сырья. Здесь, на относительно небольшой площади сконцентрировано большое количество месторождений, активно ведется разработка и освоение все новых территорий. Увеличение объемов добычи нефти на территории Западной Сибири приводит к усилению техногенной нагрузки на все компоненты экосистем, в том числе и на почвы. Во многих нефтегазоносных районах Западной Сибири уже сейчас складывается крайне неблагоприятная экологическая ситуация, которая с каждым годом ухудшается из-за учащающихся аварий на нефтепроводах. Как указывается в литературе нефтепромысловые районы Западной Сибири входят в число территорий с очень острыми экологическими ситуациями [93; 82].
В свою очередь, такое стремительное развитие данной отрасли неизбежно влечет за собой ряд проблем, связанных с образованием больших объемов нефтесодержащих отходов, а также ростом числа неликвидированных объектов размещения отходов. По данным Доклада об экологической ситуации в ХМАО- Югре по состоянию на 2021 г. зафиксировано 130 неликвидированных шламонакопителей, которые занимают значительные площади земель [42]. На территории Западной Сибири объемы нефтеотходов достигают примерно 3 млн. тонн. Только 10% данного количества вовлекаются в переработку, а остальная часть в дальнейшем размещается на полигонах и свалках. Все это сопровождается интенсивным загрязнением окружающей среды: атмосферного воздуха,
поверхностных и подземных вод, почвенного покрова. К тому же, биодеградация нефти в условиях среднетаёжной зоны Западной Сибири протекает долгое время, что создает опасность загрязнения сопредельных территорий в результате поверхностной внутрипочвенной миграции поллютанта, входящего в состав нефтесодержащих отходов [21; 101; 79; 23].
Представленные данные показывают примерную картину масштабности проблемы. Тем не менее, можно предполагать, что объемы являются заниженными вследствие трудностей в учете данного вида отходов. Это связано с тем, что шламонакопители находятся под открытым небом, следовательно, туда попадают атмосферные осадки, талые воды, с изменением температур, меняется агрегатное состояние нефтешламов; также при пополнении шламонакопителей новыми «порциями» НСО, происходит естественное перемешивание и отстой - все это приводит к сложностям при расчетах и учете количества нефтешламов.
Существует достаточно много методов и способов утилизации нефтешламов с получением готовой товарной продукции. Вопросам утилизации нефтешламов и созданием на их основе продуктов с полезными свойствами посвящено значительное количество исследований: Н.С. Минигазимов (2000), Е.А. Мазлова (2001), С.В. Мещеряков (2001), Г.Г. Ягафарова (2001), В. Д. Дудышев (2002), А.А. Десяткин (2004), О.И. Ручкинова (2004), Р.Р. Ибатулин (2006), Е.А. Кононенко (2012). Однако, даже при таком объеме информационных данных, вопросы рационального и правильного использования и переработки нефтесодержащих отходов до сих пор являются не до конца решенными и требуют детального комплексного научного подхода с применением практических технико-технологических решений. Они должны быть направлены на максимальное снижение техногенной нагрузки, связанной с размещением, накоплением нефтешламов и обращением ними.
Следует отметить, что в производстве применяется ограниченное число технологий переработки, зачастую это термический и биологический метод. Предпочтение отдается тем технологиям, с помощью которых достигается максимальная экономическая эффективность и целесообразность, обеспечивающие чистоту образующихся отходов и минимальную токсичность в соответствии с действующими экологическими нормами, а также нормативно-технологическими документами. Актуальность темы обусловлена тем, что на сегодняшний день вопросы рационального использования и переработки нефтесодержащих отходов на территории Западной Сибири требуют детального комплексного научного подхода и применения экономически выгодных, высокоэффективных методов, а также экологически чистых технологий, позволяющих исключить или минимизировать негативное воздействие на экосистемы.
Цель работы: произвести оценку эффективности применения термического метода и установить возможности безопасного и практичного использования в производственных и хозяйственных целях вторичных продуктов утилизации нефтешламов с помощью сжигания в условиях Западной Сибири.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) Дать характеристику физико-географических условий территории накопления нефтешламов для дальнейшей их утилизации.
2) Оценить экологические проблемы, связанные с накоплением, особенностями размещения нефтешламов и причин их возникновения, как антропогенного источника воздействия на окружающую среду.
3) Ознакомиться с нормативно-правовой базой в области обращения с отходами
4) Изучить технологические решения и способы утилизации нефтесодержащих отходов, дать анализ и обоснование используемой технологии сжигания нефтешламов.
5) Оценить преимущества и эффективность термического метода при утилизации нефтесодержащих отходов с Аганского, Ачимовского и Тайлаковского нефтяных месторождений и внести предложения о возможности использования продуктов переработки нефтешламов.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследования дают расширенное представление о химико-токсикологической характеристике нефтяных шламов, оказывающих негативное воздействие на компоненты окружающей природной среды. Полученные данные могут быть использованы для обоснования выбора метода утилизации нефтесодержащих отходов в условиях Западной Сибири. Разработаны рекомендации по эксплуатации вторичных продуктов переработки нефтешламов при проведении технического этапа рекультивации нарушенных земель на нефтяных месторождениях. Внедрение технологий утилизации нефтяных отходов с получением новой продукции, минимизирующих негативное воздействие на окружающую среду, на сегодняшний день относится к числу приоритетных, следовательно, любые исследования данной темы имеют весомую практическую и теоретическую значимость.
Апробация и публикации работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на следующих конференциях: LXX научная студенческая конференция Биологического института ТГУ «Старт в науку», тема: «Сравнительная
характеристика способов утилизации нефтесодержащих отходов в условиях Западной Сибири» (3 место); V Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Экология и природопользования», тема: «Анализ грунтов, полученных при термической утилизации нефтешламов» (2 место); IV Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Технологии переработки отходов с получением новой продукции», тема «Использование термического метода утилизации нефтесодержащих отходов путем сжигания с получение вторичной продукции в условиях Западной Сибири».
По теме исследования опубликовано 5 научных работ, представленные в 5-ти сборниках материалов конференций: материалы LXX ежегодной научной
студенческой конференции «Старт в науку» (Томск, 2021), Международной научной экологической конференции, посвященной 100-летию КубГАУ «Охрана окружающей среды - основа безопасности страны» (Краснодар, 2022), сборник научных статей V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экология и природопользование» (Томск, 2022), IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Технологии переработки отходов с получением новой продукции» (Киров, 2022), VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экология и природопользование» (Томск, 2023).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, приложения и списка литературы. Общий объем работы - 100 страниц, включая 37 рисунков и 10 таблиц. Список литературы насчитывает 129 наименований.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доктору биологических наук, профессору Валентине Петровне Серединой, а также специалистам ООО «Объединенной геологической компании» в подборе материала для написания магистерской диссертации и предоставленную возможность участия в разработке технологии к применению вторичных продуктов переработки нефтесодержащих отходов с территории месторождений ХМАО-Югры.
В свою очередь, такое стремительное развитие данной отрасли неизбежно влечет за собой ряд проблем, связанных с образованием больших объемов нефтесодержащих отходов, а также ростом числа неликвидированных объектов размещения отходов. По данным Доклада об экологической ситуации в ХМАО- Югре по состоянию на 2021 г. зафиксировано 130 неликвидированных шламонакопителей, которые занимают значительные площади земель [42]. На территории Западной Сибири объемы нефтеотходов достигают примерно 3 млн. тонн. Только 10% данного количества вовлекаются в переработку, а остальная часть в дальнейшем размещается на полигонах и свалках. Все это сопровождается интенсивным загрязнением окружающей среды: атмосферного воздуха,
поверхностных и подземных вод, почвенного покрова. К тому же, биодеградация нефти в условиях среднетаёжной зоны Западной Сибири протекает долгое время, что создает опасность загрязнения сопредельных территорий в результате поверхностной внутрипочвенной миграции поллютанта, входящего в состав нефтесодержащих отходов [21; 101; 79; 23].
Представленные данные показывают примерную картину масштабности проблемы. Тем не менее, можно предполагать, что объемы являются заниженными вследствие трудностей в учете данного вида отходов. Это связано с тем, что шламонакопители находятся под открытым небом, следовательно, туда попадают атмосферные осадки, талые воды, с изменением температур, меняется агрегатное состояние нефтешламов; также при пополнении шламонакопителей новыми «порциями» НСО, происходит естественное перемешивание и отстой - все это приводит к сложностям при расчетах и учете количества нефтешламов.
Существует достаточно много методов и способов утилизации нефтешламов с получением готовой товарной продукции. Вопросам утилизации нефтешламов и созданием на их основе продуктов с полезными свойствами посвящено значительное количество исследований: Н.С. Минигазимов (2000), Е.А. Мазлова (2001), С.В. Мещеряков (2001), Г.Г. Ягафарова (2001), В. Д. Дудышев (2002), А.А. Десяткин (2004), О.И. Ручкинова (2004), Р.Р. Ибатулин (2006), Е.А. Кононенко (2012). Однако, даже при таком объеме информационных данных, вопросы рационального и правильного использования и переработки нефтесодержащих отходов до сих пор являются не до конца решенными и требуют детального комплексного научного подхода с применением практических технико-технологических решений. Они должны быть направлены на максимальное снижение техногенной нагрузки, связанной с размещением, накоплением нефтешламов и обращением ними.
Следует отметить, что в производстве применяется ограниченное число технологий переработки, зачастую это термический и биологический метод. Предпочтение отдается тем технологиям, с помощью которых достигается максимальная экономическая эффективность и целесообразность, обеспечивающие чистоту образующихся отходов и минимальную токсичность в соответствии с действующими экологическими нормами, а также нормативно-технологическими документами. Актуальность темы обусловлена тем, что на сегодняшний день вопросы рационального использования и переработки нефтесодержащих отходов на территории Западной Сибири требуют детального комплексного научного подхода и применения экономически выгодных, высокоэффективных методов, а также экологически чистых технологий, позволяющих исключить или минимизировать негативное воздействие на экосистемы.
Цель работы: произвести оценку эффективности применения термического метода и установить возможности безопасного и практичного использования в производственных и хозяйственных целях вторичных продуктов утилизации нефтешламов с помощью сжигания в условиях Западной Сибири.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) Дать характеристику физико-географических условий территории накопления нефтешламов для дальнейшей их утилизации.
2) Оценить экологические проблемы, связанные с накоплением, особенностями размещения нефтешламов и причин их возникновения, как антропогенного источника воздействия на окружающую среду.
3) Ознакомиться с нормативно-правовой базой в области обращения с отходами
4) Изучить технологические решения и способы утилизации нефтесодержащих отходов, дать анализ и обоснование используемой технологии сжигания нефтешламов.
5) Оценить преимущества и эффективность термического метода при утилизации нефтесодержащих отходов с Аганского, Ачимовского и Тайлаковского нефтяных месторождений и внести предложения о возможности использования продуктов переработки нефтешламов.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследования дают расширенное представление о химико-токсикологической характеристике нефтяных шламов, оказывающих негативное воздействие на компоненты окружающей природной среды. Полученные данные могут быть использованы для обоснования выбора метода утилизации нефтесодержащих отходов в условиях Западной Сибири. Разработаны рекомендации по эксплуатации вторичных продуктов переработки нефтешламов при проведении технического этапа рекультивации нарушенных земель на нефтяных месторождениях. Внедрение технологий утилизации нефтяных отходов с получением новой продукции, минимизирующих негативное воздействие на окружающую среду, на сегодняшний день относится к числу приоритетных, следовательно, любые исследования данной темы имеют весомую практическую и теоретическую значимость.
Апробация и публикации работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на следующих конференциях: LXX научная студенческая конференция Биологического института ТГУ «Старт в науку», тема: «Сравнительная
характеристика способов утилизации нефтесодержащих отходов в условиях Западной Сибири» (3 место); V Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Экология и природопользования», тема: «Анализ грунтов, полученных при термической утилизации нефтешламов» (2 место); IV Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Технологии переработки отходов с получением новой продукции», тема «Использование термического метода утилизации нефтесодержащих отходов путем сжигания с получение вторичной продукции в условиях Западной Сибири».
По теме исследования опубликовано 5 научных работ, представленные в 5-ти сборниках материалов конференций: материалы LXX ежегодной научной
студенческой конференции «Старт в науку» (Томск, 2021), Международной научной экологической конференции, посвященной 100-летию КубГАУ «Охрана окружающей среды - основа безопасности страны» (Краснодар, 2022), сборник научных статей V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экология и природопользование» (Томск, 2022), IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Технологии переработки отходов с получением новой продукции» (Киров, 2022), VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экология и природопользование» (Томск, 2023).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, приложения и списка литературы. Общий объем работы - 100 страниц, включая 37 рисунков и 10 таблиц. Список литературы насчитывает 129 наименований.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доктору биологических наук, профессору Валентине Петровне Серединой, а также специалистам ООО «Объединенной геологической компании» в подборе материала для написания магистерской диссертации и предоставленную возможность участия в разработке технологии к применению вторичных продуктов переработки нефтесодержащих отходов с территории месторождений ХМАО-Югры.
