Підвищення рівня екологічної безпеки при утилізації відходів нафтогазового видобутку

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню рівня екологічної безпеки за рахунок розроблення технології утилізації бурового шламу сумісно з фосфогіпсом шляхом перероблення їх в екологічно безпечний будівельний матеріал типу гіпсобетон. Здійснено оцінку екологічної безпеки вторинної сировини і готового продукту за еколого-гігієнічними, токсикологічними та радіаційними показниками, що свідчить про суттєве зниження техногенного навантаження на довкілля внаслідок утилізації досліджуваних промислових відходів. Уперше експериментально визначено умови для одержання гіпсобетону із задовільними екологічними та технічними характеристиками, а також оптимальний склад і масове співвідношення між такими компонентами гіпсобетонної суміші: буровий шлам, фосфогіпс, негашене вапно та вода. Вирішено задачу математичного програмування для оптимізації екологічної (ступінь дифузії важких металів з гіпсобетону) та технічної (міцність на стиск гіпсобетону) складової процесу сумісної утилізації бурового шламу і фосфогіпсу. Розроблено принципіальну технологічну схему процесу маловідходної екологічно безпечної технології перероблення бурового шламу та фосфогіпсу в гіпсобетон. Оцінено еколого-економічну ефективність проекту з впровадження цієї технології.

Диссертация посвящена повышению уровня экологической безопасности за счет разработки технологии утилизации бурового шлама совместно с фосфогипсом путем переработки их в экологически безопасный строительный материал типа гипсобетон. Определена экологическая проблематика воздействия отходов бурения и мест их размещения – шламовых амбаров на здоровье человека и окружающую среду. Исследованы отечественные и зарубежные способы и технологии переработки бурового шлама. Обоснован выбор наиболее экологически безопасного и эффективного метода утилизации при использовании отходов в качестве вторичного сырья с получением строительных материалов. Осуществлена эколого-гигиеническая, токсикологическая и радиационноэкологическая оценка вторичного сырья и готового продукта, результаты которой свидетельствует о существенном снижении техногенной нагрузки на окружающую среду в результате утилизации отходов за счет химической иммобилизации тяжелых металлов в кристаллической решетке гипсобетона. Впервые экспериментально определены условия для получения гипсобетона с удовлетворительными экологическими и техническими характеристиками, а также оптимальный состав и массовое соотношение между такими компонентами гипсобетонной смеси: буровой шлам, фосфогипс, негашеная известь и вода. Решена задача оптимизации экологической и технологической характеристик гипсобетона (прочности при сжатии и диффузии тяжелых металлов из гипсобетона в экстракт соответственно). Полученная математическая модель позволяет определить оптимальные значения заданных факторов. При этом установлено следующее: массовое соотношение фосфогипсового вяжущего к буровому шламу – 2,93–3,5 ед., массовая доля негашеной извести от массы фосфогипсового вяжущего – 0,09–0,1 ед., возраст гипсобетона – от 19 суток, время экспозиции – 28 суток. Разработана принципиальная технологическая схема процесса малоотходной экологически безопасной технологии переработки бурового шлама и фосфогипса в гипсобетон. Полученный гипсобетон представляет собой экологически безопасный строительный материал за счет химической иммобилизации тяжелых металлов бурового шлама, чему способствует прохождения физико-химических процессов и образования кристаллической структуры гипсобетона. По полученным значениям прочности на сжатие 4,5–6,5 МПа и средней плотности гипсобетона 1165–1210 кг/м3 устанавливают такие показатели качества бетона: класс бетона по прочности при сжатии В3,5–В5, марка бетона по прочности М50–М75, марка бетона по средней плотности D1200, соответствующие техническим требованиям, предъявляемым к конструкционно-теплоизоляционных бетонов. Рассчитан эколого-экономический эффект общий от внедрения разработанной ресурсосберегающей технологии, составляет 892 тыс. грн. Оценена эколого-экономическая эффективность проекта по совместной переработке бурового шлама и фосфогипса. Чистая текущая стоимость составляет NPV = 310,517 тыс. грн, внутренняя норма доходности – IRR = 45%, период окупаемости – РР = 2 года, а индекс рентабельности – PI = 2,3. Эти показатели свидетельствуют о высокой экономической эффективности проекта.

The thesis is dedicated to improving the environmental safety through the development of utilization technology of drilling sludge in conjunction with phosphogypsum by processing them in an environmentally safe gypsum concrete. Ecological and hygienic, toxicological, radiation and ecological assessment of secondary raw materials and the finished product was been implemented which indicates a significant decrease of technogenic impact on the environment as a result of waste recycling. The conditions for obtaining of gypsum concrete with satisfactory environmental and technical characteristics, as well as the weight ratio of such components of gypsum concrete mixture: drilling sludge, phosphogypsum, quicklime and water were been experimentally determined. The problem of mathematical programming to optimize the ecological and technical part of the waste recycling process was been solved. A process flow diagram of the environmentally safe technology for process of drilling sludge and phosphogypsum recycling into gypsum concrete was been designed. Ecological and economic efficiency of this project was been estimated.