Оценка экологического качества почвоподобных объектов, сформированных на основе мелиорированных буровых шламов

Аспекты негативного воздействия буровых шламов на компоненты окружающей среды. Существующие технологии утилизации и обезвреживания отходов бурения. Физические свойства исходного и мелиорированного бурового шлама и влияние на него минеральных добавок.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 10.06.2014
Размер файла 7,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Исходя из ситуации, сложившейся в нефтяной промышленности актуальным становится поиск наиболее лучших вариантов, помимо существующих, по улучшению свойств бурового шлама. Как экономичнее и оптимальнее добиться подобного эффекта с помощью добавок других мелиорантов.

Глауконит представляет собой натуральный природный минерал, содержащийся в осадочных породах. Современная экотехнология выявила, что глауконит обладает рядом универсальных полезных свойств, которые можно использовать в различных сферах жизни.Уникальность этого минерала заключается в его высоких ионообменных, буферных и сорбционных свойствах. Иначе говоря, глауконит способен поглощать и нейтрализовать токсины

Глауконитовый концентрат широко используется в нефтяной промышленности. Его сорбционные свойства нашли применение в очистке нефтепродуктов от вредных примесей. Глауконит способен поглощать фенол, бензол, обладает высокой сорбционной емкостью к нафтановым кислотам (до 6,4 на 100 г глауконита) и к пиридину (до 5,79 на 100 г глауконита). Он активно используется для фильтрации, обессоливания и обезвоживания нефти.

Из его кристаллических решеток экстрагируются оксиды, которые способны оказывать нейтрализующее противодействие ионам химического реагента, вызвавшим неблагоприятные изменения pH среды. Например, если сформировавшаяся неблагоприятная для глауконита среда находится в кислом интервале pH, то в жидкую фазу взаимодействующей минеральной системы экстрагируются оксиды щелочных (Na20, K2O) и щелочно-земельных металлов (CaO, MgO и др.), а также амфотерных R2O3 (Fe2O3 и Al2O3). Эти оксиды, взаимодействуя с ионами химического реагента, фактически выполняют функцию фактора буферности и содействуют смещению реакции среды в благоприятную сторону для подвергшейся химической "агрессии" глауконита. Аналогично указанному, в неблагоприятном для глауконита щелочном интервале pH, буферные свойства будут обеспечивать амфотерные оксиды R2O3, оксид кремнезема SiO2 и кислые соли слабых кислот, а также гумусовые вещества и их производные и т.д.

Процесс частичного разрушения глауконита выражается в извлечении (экстрагировании) из его кристаллической решетки наиболее подвижных оксидов одно- и двухвалентных металлов, а затем и полуторных оксидов. Это приводит к нарушению связей в кристаллических решетках; при дальнейшем агрессивном воздействии дисперсионной среды выходят в раствор и другие оксиды, в том числе и SiO2. Из глинистых частиц и продуктов их гидролиза формируется золь-гелевая фаза и минерально-матричная система, состоящая из твердых глинистых частиц с разбалансированной кристаллической решеткой поверхностных слоев глауконита, что обеспечивает ему повышенную сорбционную способность (емкость).

Глауконит может храниться длительное время, он абсолютно пожаробезопасен, не оказывает аллергенного воздействия при применении, абсолютно безвреден для окружающей среды, не нарушает естественного экологического равновесия при продолжительном пребывании в почве. 

Из числа различных агрегатных форм отходов для окружающей среды наибольшую опасность представляют жидкие и вязкопластичные, так как миграция из них вредных веществ-загрязнителей может происходить наиболее интенсивно, поскольку они в этих отходах могут пребывать в коллоидно-, молекулярно- и ионно-растворимом состоянии. При этом особую опасность для ОС представляют содержащиеся в отходах тяжелые металлы (Cd, Pb, Hg, Cu, Zn, Ni, Cr и др.), радионуклиды, полиароматические и хлорорганические соединения, гебрициды и пестициды, синтетические поверхностно-активные вещества, растворимые и нерастворимые углеводороды и т.д. Глауконит «сажает» на себя тяжелые металлы, препятствует их перемещению в почве, переход в растения, связывает нуклиды, и активно переводит их в стабильное состояние, что снижает опасное радиоактивное излучение.

Обработка почв цементом - метод, улучшающий механические свойства почв грунтов, контролируя их вынос. Цемент - гидравлическое минеральное вяжущее вещество. Его называют гидравлическим, поскольку набор прочности и затвердевание происходит в присутствии воды; Его называют минеральным, поскольку исходные материалы, используемые для его получения, -- минеральной природы (горные породы или продукты их выветривания).

1.4 Буровой шлам как почвоподобный объект двухфазной тонкодисперсной системы

1.4.1 Почвоподобные тела

Согласно классификационным построениям профессора Е.А. Дмитриева в современном почвоведении основу составляю почвы и близкие к ним по морфологическим или функциональным признакам почвоподобные тела. К классу функционально почвоподобных тел, лишенных присущей почвам профильной организации, но обладающих потенциальным плодородием, могут быть отнесены многие естественные горные породы и разного рода производственные отходы (Дмитриев Е.А., 1996, Пепелов И.Л., 2011). Эффективность множества методов, разработанных в почвоведении, для изучения почвоподобных тел объясняется гомологичностью объектов.

Почвоподобные тела со временем могут превратиться в почвы, в первую очередь, это связано со средообразующей деятельностью живых организмов, в частности фотоавтотрофных. Это положение лежит в основе технологий биорекультивации многочисленных отходов промышленности, сельского хозяйства и быта с вовлечением их в природный почвообразовательный процесс. (Пепелов И.Л., 2011)

Значительная часть почвоподобных объектов по принципу физической организации может быть отнесена к двухфазным тонкодисперсным системам, обладающим высокой поверхностной энергией и специфичными физико-химическими свойствами, определяемыми не только твердофазными взаимодействиями, но и составом жидкой и дисперсионной среды. (Щукин и др., 82, Смагин,2003, Смагин и др., 2004, 2011, Пепелов 2011). Такими объектами являются тонкодисперсные отходы бурильного производства (буровые шламы), состоящие из размельченных и взвешенных в солевых растворах обломков горных пород, а также тонкодисперсных кольматирующих добавок (бентонитовые глины, мел) и антифрикционных компонентов (Король В.В. и др. 2005, Пепелов И.Л., 2011). Это и естественные донные отложения и продукты седиментации канализационных стоков (ОСВ) или коагуляционной очистки питьевых вод, многочисленные отходы агропроизводства и технологий обработки сельскохозяйственной продукции, ряда технологических процессов в промышленности (золошлаки). Все они лишены столь важного с точки зрения почвообразования явления как агрегатная структура и поэтому представлены либо монолитными глыбистыми образованиями при недостатке влаги, либо вязко-текучими раздельночастичными двухфазными системами при ее наличии (Пепелов И.Л., 2011).

1.4.2 Физическая организация бурового шлама, как почвоподобного тела

Различные исследования по изучению физико-химических свойств бурового шлама проводятся в лабораторных и полевых условиях в течение последних лет.

Как было сказано, отходы бурения буровые шламы относят к тонкодисперсным почвоподобным телам.

Профессор Смагин А.В. в своих работах отмечает, что силы молекулярных поверхностных взаимодействий (Ван-дер-Ваальса) и ионно-электростатического отталкивания частиц твердой фазы - физические силы, контролирующие состояние тонкодисперсных двухфазных почвоподобных объектов. Давлением сил молекулярного притяжения поверхностей обеспечивается коагуляция (агрегация) и гидратация поверхности (водоудерживание, набухание) частиц на небольших расстояниях. От коагуляции (слипания) диспергированное состояние частиц предохраняется ионно-электростатическим барьером, существующим благодаря отталкиванию одноименно заряженных частиц. (Смагин А.В., 2003)

Водоудерживающая способность (водоудерживание) - это способность почвы и грунтов удерживать влагу, в основном, капиллярно-сорционными силами. Характеризуется влажность почвы и грунтов при определенном давлении, или положением кривой ОГХ (основная гидрофизическая характеристика) в осях «влажность (абсцисса) - давление (ордината)»: чем «правее» расположена кривая, тем больше водоудерживание (Пепелов И.Л., 2011). По данным исследований (Пепелов И.Л., 2011) определения функций ОГХ (водоудерживания) следует (Рис.1.1.) следующее: расположение кривой водоудерживающей способности свежего бурового шлама указывает на существование большой разницы между ним и почвами, что позволяет негативно оценить водно-физическое состояние бурового шлама. Однако высушенный буровой шлам имеет кривую водоудерживания (общая гидрофизическая характеристика - ОГХ), практически не отличимую от почв средне- и тяжелосуглинистого состава. Водоудерживающая способность значительно снижается, судя по значительному смещению кривой водоудерживания влево. Значит, уже при обыкновенном просушивании амбаров буровых шламов водно-физическое поведение буровых шламов улучшится.

Рис.1.1. Функции водоудерживания для свежего свободного от нефти бурового шлама и почв различного гранулометрического состава.

Исследования данных (Пепелов И.Л., 2011) ОГХ БШ, подвергнутого различным способам мелиоративной обработки различными способами с целью изучения водно-физических свойств, показали, что длительность высушивания и внесение фосфогипса способствуют снижению водоудерживания. Гидрофобизация поверхности частиц БШ производит неоднозначный эффект.

Изменение ОГХ под влиянием пескования и совместного внесения песка с фосфогипсом для свежего БШ и для высушенного БШ [данные взяты с исследований Пепелова] (Рис.1.2.; рис.1.3. ):

Рис.1.2.: Влияние внесения песка и 10% фосфогипса (ФГ) на ОГХ свежего бурового шлама (W - влажность,%)

Рис.1.3.: Влияние внесения песка и 5% фосфогипса (ФГ) на ОГХ высушенного бурового шлама (W - влажность,%)

Увеличение степени разбавления песком свежего и высушенного БШ сопровождается сокращением удельной поверхности образующихся смесей, что приводит к закономерному снижению энергии водоудерживания, однако оно неаддитивно количеству внесенного песка. Эффективность фосфогипса проявляется независимо от дозы внесения (1,5 и 10 %) и связана с содержанием в нем двухвалентного катиона Са 2+, действие которого проявляется в уменьшении потенциала сил ионно-электростатического отталкивания. Отмечается, что эффективность фосфогипса исчезает по мере увеличения содержания песка в смеси или снижении влажности.

Свежий буровой шлам обладает низкой влагопроводностью (Kw) - (<1,2 см/сут) в области малых давлений (Р< 3 кПа) (Пепелов И.Л., 2011). Исследования БШ, подвергнутого различным способам мелиоративной обработки, показали, что совместное действие длительного высушивания с фосфогипсом и гидрофобизатором приводит к резкому увеличению значений влагопроводности до 20 раз по сравнению с просто высушенным БШ. Сам высушенный БШ обладает влагопроводностью меньшей в 4 раза, чем у свежего БШ. Внесение фосфогипса способствует увличению влагопроводности высушенного БШ в 10 раз, а гидрофобизация, наоборот, снижает влагопроводность. Пескование увеличивает влагопроводность свежего БШ, при добавлении от 20 до 90 % песка Kw возрастает в 2-10 раз. Данный эффект был установлен и для песчаных смесей высушенного БШ.

Агрегативная устойчивость БШ устанавливается определением усадки и набухания. Данные исследования Пепелова показали, что степень набухания высушенного БШ составляет 8%. Внесение фосфогипса приводит к увеличению набухания БШ почти в 2 раза. Эффект обусловливается осмотическим впитыванием влаги по градиенту концентраций соли. Смеси с песком имеют набухание меньшее, чем БШ, объясняемое падением энергии водоудерживания за счет уменьшения удельной поверхности.

1.5 Биотестирование как один из методов оценки воздействия на окружающую среду

Биотестирование и его основы

Эффективным методом оценки потенциальной опасности химического, физического или биологического воздействия на почву, считается биотестирование. Биотестирование осуществляется экспериментально с использованием стандартизированных лабораторных тест-систем, путем регистрации изменений биологически важных показателей (тест-реакций) под воздействием исследуемых проб с последующей оценкой их состояния в соответствии с выбранными критериями токсичности. Тест-система представляет собой пространственно-ограниченную совокупность чувствительных биологических элементов (сенсоров) и исследуемой среды, в которой они находятся.

Для обозначения основных составляющих тест-систему элементов в русскоязычных источниках широко применяются термины тест-объект и тест-культура (или тест-организм). При этом тест-объект правильно трактовать как пробу и образец, который подвергается исследованию и оказывает воздействие, вызывая тест-реакцию. Тест-культура - лабораторная популяция особей, как правило, одного вида живых организмов (тест-организмов), искусственно поддерживаемая (культивируемая) на питательной среде в стандартных условиях и используемая при оценке токсичности при биотестировании. Фактически живая система выполняет функции чувствительного датчика, получающего сигнал от воздействующего объекта. Поэтому, подобно тому, как это принято в англоязычной литературе, применительно к этому элементу тест-системы логично употреблять термин «сенсор». Чувствительность сенсоров контролируется по модельному токсиканту, регламентированному соответствующей стандартизованной методикой. Под термином же «тест-организм» предлагается подразумевать систематическое наименование вида организма, элементы или целые особи которого используются в качестве сенсоров. (Терехова В.А. ,2011)

Цели биотестирования различны в разных сферах. Для определения общей токсичности, канцерогенности и мутагенности проводят биотесты. (Филенко О.Ф. , 1989). Воздействие в тест-системе измеряется посредством имитации возможных путей поступления вредного вещества в организм, поэтому основными тестируемыми объектами являются водные среды. Такие гидробионты как простейшие, водоросли, ракообразные, моллюски, рыбы и др. выступают в качестве биологических чувствительных сенсоров. Изучение токсичности твердых компонентов окружающей среды (почв, донных осадков, грунтов, отходов и т.п.) считают опосредованным способом воздействия на биосенсор. (Опекунов А.Ю., 2006). В этом случае используют водные вытяжки или поровые воды указанных сред. Возможно определение биотестов и в фазе взвешенных частиц. (Терехова В.А. ,2011)

Все же большая часть методик биотестирования основана на анализе водной вытяжки, это так называемое элюатное биотестирование.

Биологические методы обладают высокой чувствительностью, улавливают более низкие концентрации веществ, чем аналитические датчики, отмечают, что по информативности для оценки последствий вредного воздействия на окружающую природную среду, превосходят физико-химические методы анализа. Принято считать, что биотестирование дает информацию о неблагополучии в опережающем режиме, до проявления видимых изменений в природных экосистемах. Биотестирование в качестве метода, дополняющего биоиндикацию и химико-аналитический комплекс, обладает рядом несомненных достоинств. Биотесты позволяют фиксировать негативные изменения при относительно слабых антропогенных нагрузках. В тест-реакции суммируется действие всех биологически вредных факторов, включая физическое и химическое воздействие. (Терехова В.А. ,2011)

Практическая востребованность методов биотестирования

На сегодняшний день существует необходимость совершенствовать систему экологического контроля, именно потребностями практики обусловлен заметно возросший интерес к биоиндикационным исследованиям. В связи с деятельностью человека окружающая природная среда претерпевает ряд изменений, испытывает большие антропогенные нагрузки. Глобальная деградация природы в большей степени обусловлена запредельным загрязнением почвы. Такие формы воздействия, как урбанизация, развитие промышленности и транспортных сетей, приводят к образованию биотопов и интенсивному насыщению ксенобиотиками.

Помимо задач экологической оценки природных сред (почвы и воды) биотесты востребованы в других сферах. Например, биотестирование применяется для экспериментального установления класса опасности отходов производства и потребления. В нашей стране этот способ регламентирован Приказом №511 Министерства природных ресурсов РФ, которым утверждены в 2001 г. «Критерии отнесения опасных отходов к определенному классу опасности». Результаты биотестирования используются при сертификации различных биопрепаратов, сорбентов нефтепродуктов и других токсикантов., контроле качества биоремедиации воды и почвы. (Терехова В.А. Арчегова И.Б. и др., 2006)

Методы биотестирования нашли применение при экологической сертификации микробиологических препаратов, рекомендованных для очистки природных объектов от нефтяных загрязнений на территории Салымского нефтяного месторождения в Сибири, в Усинском районе Республики Коми, на акватории Балтийского моря. Результаты биотестирования используются и для контроля качества восстановительных работ на нарушенных участках почв. (Терехова В.А. ,2011)

В РФ в разных сферах производственной деятельности используются наборы биотестов, регламентированные к применению для оценки качества почв приказами соответствующих министерств, методическими указаниями и руководствами. Установлены реестры методик экотоксикологического анализа. Известно несколько десятков методик биотестирования, но лишь около десяти из них внесены в федеральный реестр (ФР) и реестр природоохранных нормативных документов (ПНД Ф) как рекомендованные для целей практического экологического контроля окружающей среды, включая почву.

Список , стандартизованных методик биотестирования, рекомендованных в настоящее время для целей токсикологического контроля почв и других объектов с указанием кодов регистрации и разработчиков:

· ФР.1.39.2007.03222. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний (ООО «Акварос»).

· ФР.1.39.2007.03221. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний (ООО «Акварос»).

· ФР.1.39.2007.03223. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей (ООО «Акварос»).

· ФР.1.39.2006.02506. ПНД Ф 14.1:2:3.13-06. Методика определения токсичных отходов, почв, осадков сточных, поверхностных и грунтовых вод методом биотестирования с использованием равноресничных инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg ( факультет почвоведения МГУ)

· ФР.1.39.2006.0250. ПНД Ф 14.1:2:3.14-06. Методика определения токсичности высокоминерализованных поверхностных и сточных вод, почв и отходов по выживаемости солоноватоводных рачков Artemia salina L. ( факультет почвоведения МГУ, ЭАЦ «Экотерра»)

· ФР.1.39.2007.04104. ПНД Ф 16.3.12-07. Методика определения токсичности золошлаковых отходов методом биотестирования на основе выживаемости парамеций и цериодафний (факультет почвоведения МГУ и ОАО «Всероссийский теплотехнический институт»)

· ПНД Ф Т 14.1:2:3.10-04. Методика определения токсичности проб поверхностных пресных, грунтовых, питьевых, сточных вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению оптической плотности культуры водорослей хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer). (Красноярский государственный университет)

· ПНД Ф Т 14.1:2:4.12-06. Методика определения токсичности водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов, питьевой, сточной и природной воды по смертности тест-объекта Daphnia magna Straus. (Красноярский государственный университет)

· ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.11-04. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению интенсивности бактериальной биолюминесценции тест-системой «Эколюм» на приборе «Биотокс-10» (ООО НЦ «Экологическая перспектива»).

· ПНД Ф Т 16.2:2.2-98. Методика определения токсичности почвы и донных осадков по хемотаксической реакции инфузорий (АОЗТ «Спектр-М»).

· ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.2-98. Методика определения токсичности воды по хемотаксической реакции инфузорий (АОЗТ «Спектр-М»).

· ПНД Ф 14.1:2:4:15-09 ФР.1.31.2009.06301. Методика выполнения измерений индекса токсичности почв, почвогрунтов, вод и отходов по изменению подвижности половых клеток млекопитающих in vitro (факультет почвоведения МГУ, ЗАО ФИРМА «БМК-ИНВЕСТ», ООО НПФ «Биогнозис», ЭАЦ «Экотерра» и Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н.Северцова РАН)

Как видно, широко используемые в экотоксикологоческом контроле методики, главным образом, основаны на реакциях гидробионтов разной таксономической принадлежности: низших ракообразных, зеленых протококковых водорослей, равноресничных инфузорий. (Руководство по определению методом биотестирования токсичности вод, донных отложений, загрязняющих веществ и буровых растворов, 2002)

Оценка воздействия токсикантов производится на основании подсчета показателей смертности особей, плодовитости, подавления прироста численности популяции клеток водорослей, потере подвижности инфузорий и др. Кроме того, для анализа природных сред и техногенных объектов рекомендованы люминесцентные бактерии (лиофильно высушенный препарат «Эколюм»). Тест-функцией в этом случае служит уменьшение интенсивности свечения препарата под влиянием токсиканта.

Анализ почв и грунтов

Для анализа почв в агроценозах обычно применяются семена высших растений. Тест-параметрами для них служат показатели прорастания: всхожесть, энергия прорастания, дружность прорастания, скорость прорастания, а также показатели интенсивности начального роста семян (длина корней, длина зеленых проростков, масса корней, масса зеленых проростков). Согласно наиболее распространенным методическим указаниям, лучшие результаты дают мелкие семена (кресс-салат, редис, горчица, пшеница и др) с небольшим запасом питательных веществ, а следовательно, более подверженные влиянию внешних факторов. Однако зачастую используются крупные семена. В зависимости от целевого использования почв агроценозов посев тех или иных култур испытания проводят на семенах однодольных (злаковых) или двудольных растениях. Более итегрированный подход опубликован бельгийскими авторами методики Phytotoxkit Microbiotest. Методика предполагает использование семян трех видов, среди которых двудольные растения: Lepidium sativum, Sinapis alba и однодольные - Sorghum saccharatum. Степень фитотоксичности почвы оценивается по ингибированию роста и развития молодых растений на исследуемых образцах относительно эталонной почвы.

Почва как чрезвычайно гетерогенная среда с большим количеством питательных элементов методически представляет собой сложный объект для биотестирования. Результат экспериментального тестирования почв во многом определяется процедурой подготовки проб к биологическому исследованию, условиями биотестирования и выбором тест-организма. Известно, например, что присутствие большого количества биогенных элементов в водной вытяжке из почвенных образцов затрудняет применение зеленых протококковых водорослей для биотестирования экотоксичности почв. Также показано, что изменение солености водных растворов влияет на устойчивость солоноватоводных рачков Artemia salina к воздействию загрязнителей. (Терехова В.А., 2011)

Современный этап характеризуется обилием работ по сравнению эффективности существующих методик биотестирования. В ходе анализов распространенных групп загрязнителе: тяжелых металлов, нефти и нефтепродуктов, хлорорганических соединений и т.п. - накоплено достаточно данных, свидетельствующих о том, что чувствительность биотест - систем зависит от химической природы поллютантов.

В качестве примера приводятся результаты сравнения чувствительности некоторых стандартных биотестов к разным видам загрязнений в ходе экспериментального определения токсичности более 500 образцов почв и отходов различного происхождения [Бурдина В.М Терехова В.А. Анализ эффективности методик биотестирования в экологической оценке загрязненных почв и отходов различного происхождения]

Образцы, загрязненные нефтью и нефтепродуктами, по сравнению с другими видами загрязнений оказали наибольшее токсическое действие на стандартизованные организмы: рачков Daphnia magna и простейших Paramecium caudatum. Выявлено, что самым чувствительным является тест на дафниях, существенно меньшей чувствительностью характеризуется тест на простейших. При этом тестирование на простейших образцов, загрязненных тяжелыми металлами, было весьма эффективным.

Очевидно, что предусмотренный стандартными методиками анализ водной вытяжки из загрязненных почв не в полной мере отражает степень потенциальной опасности загрязненных образцов, поскольку часть токсичных компонентов связывается в почве и не переходит в раствор.

Для разных видов поллютантов необходимо подбирать методы с учетом диапазона их чувствительности. Кроме того, надо расширять спектр методик биотестирования, предназначенных для экотоксикологической оценки почв. Наиболее адекватная оценка токсичности почв, очевидно, может быть получена в биотест-системах с применением почвообитающих организмов, то есть педобионтов. Так надежными представляются контактные методы определения качества почв по реакции микроорганизмов, однако, к сожалению, авторы работ в этом направлении не занимаются внедрением новых методов. [Терехова В.А. Биотестирование почв: подходы и проблемы]

Парадоксально, что в ряде случаев используются одни и те же виды тест-организмов и, соответственно, оцениваются одни и те же тест-реакции. Однако нередко результаты интерпретируются по-разному. Яркой иллюстрацией сказанному могут быть существующие подходы к определению классов опасности отходов в разных ведомствах: в соответствии с Приказом Министерства природных ресурсов России от 15.06.2001 г. №511 «Об утверждении Критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» следует выделять 5 классов опасности отходов, а согласно Санитарным правилам СП 2.1.7.1386-03, введенным 30.06.2003 г, установлено 4 класса опасности токсичных отходов производства и потребления. Более того, для одной и той же тест-системы или метода, используемого разными службами, нередко различаются процедуры подготовки проб к биотестированию (в частности соотношение воды и твердого компонента при выщелачивании образцов твердых сред варьируют от 1:2 до 1:5) и т.д. (Терехова В.А. ,2011)

Выводы к главе 1

Загрязняющие свойства бурового шлама обусловлены минеральным составом выбуренной породы и остающимися в ней остатками бурового раствора. Анализ фазового, фракционного и компонентного состава шлама, а также его физико-химических свойств показывает, что за счет адсорбции на поверхности частиц шлама химических реагентов, используемых для обработки буровых растворов и входящих в его состав, он проявляет ярко выраженные загрязняющие свойства. Также выбуренная порода накапливает в процессе бурения нижних горизонтов сырую нефть и ее фракции. Таким образом, в его составе отмечается значительное содержание нефтепродуктов, органических соединений, опасных для объектов природной среды, растворимых минеральных солей. Всё перечисленное предопределяет высокую экологическую опасность отходов бурения.

В среднем, на 1 м3 отходов, как показывают расчеты, приходится до 68 кг токсичных органических соединений, не считая нефтепродуктов и загрязнителей минеральной природы.

Существуют различные аспекты негативного воздействия буровых шламов на компоненты окружающей среды. Буровые шламы оказывают влияние на водные экосистемы, на фитоценозы, на почвы. Буровые растворы и буровой шлам при попадании в водную среду вызывают локальные изменения химических и биологических параметров экосистем. Под действием даже небольших доз сырой нефти снижается флористическое разнообразие и биомасса. Отходы бурения влияют на механический состав почвы, изменяются агрохимические показатели. Высокая минерализация буровых растворов приводит к резкому увеличению засоленности почвы.

Решающим фактором, определяющим загрязняющие свойства отработанных буровых растворов и бурового шлама и направления их утилизации и нейтрализации вредного воздействия на объекты природной среды, являются их состав и физико-химические свойства. Анализ данной проблемы свидетельствует о том, что захоронение отходов бурения не решает полностью задачи защиты окружающей среды от загрязнения. Этот доступный и практически повсеместно используемый метод локализации отходов бурения является экологически оправданным лишь при условии обезвреживания захороняемой массы.

Опасность для природной среды от бурового шлама заключается в следующем:

* содержании значительного количества нефти;

* содержании легкорастворимых солевых добавок;

* неблагоприятных физических и физико-химических свойствах буровых шламов.

Неблагоприятные химические свойства буровых шламов: засоление, щелочность, солонцеватость - не являются лимитирующими, поскольку в гидроморфных условиях происходит их оптимизация за счет спонтанных процессов. На этом фоне главным фактором, ограничивающими возможность рекультивации шламов с использованием в качестве почвообразующей породы являются неблагоприятные водно-физические свойства и характеристики: повышенная дисперсность, раздельно-частичное состояние, повышенная набухаемость и постоянная обводненность. Бесструктурная коллоидная система лишается газовой фазы.

Эффективным методом оценки потенциальной опасности химического, физического или биологического воздействия на природные среды, в том числе почву, является биотестирование. Биотестирование осуществляется экспериментально с использованием стандартизованных лабораторных тест-систем, путем регистрации изменений биологически важных показателей (тест-реакций) под воздействием исследуемых проб с последующей оценкой их состояния в соответствии с выбранными критериями токсичности.

Биологические методы, как правило, обладают высокой чувствительностью, улавливают более низкие концентрации веществ, чем аналитические датчики, к тому же отмечается, что по информативности для оценки последствий вредного воздействия на окружающую среду и ее компоненты превосходят физико-химические методы анализа. Принято считать, что биотестирование дает информацию о неблагополучии в опережающем режиме, до проявления видимых изменений в природных экосистемах. В тест-реакции суммируется действие всех биологически вредных факторов, включая физическое и химическое воздействие.

Глава 2 Объекты и методы исследования

2.1 Объект исследования: буровой шлам и почвоподобные тела на его основе

Буровой шлам принадлежит Суторминскому месторождению ЯНАО.

Согласно Федеральному классификационному каталогу отходов (ФККО) код отхода: 546 000 00 00 00 4

Отсюда следует, что буровой шлам отнесен к 4 классу опасности.

Буровой шлам был подвергнут следующей мелиоративной обработке

· смешивание с песком

· внесение цемента

· внесение глауконита

В итоге объектами исследования стали смеси мелиорированного бурового шлама.

Постановка эксперимента

Материалы и оборудование:

- Глауконит - 1 кг

- Нефть - 2,6 кг

- Буровой шлам - 25 кг

- Песок - 6 кг

- Цемент - 1 кг

- Горшочки емкостью 0,5 л с поддоном - 114 шт.

- Весы технические

- Сито для просеивания смеси в горшки на 2 мм

- Тазики для формирования однородных смесей

- Емкость для полива с насадкой в виде лейки, объем 20 мл.

Таблица 2.1. Схема опыта

1. Измельчаем буровой шлам, подсушенный до воздушно-сухого состояния, складываем в мешки - 25 кг БШ.

2. Взвешиваем на технических весах макрокомпоненты смеси А1 в соответствии с таблицей 3, перемешиваем в тазике до однородного состояния.

Далее просеиваем всю смесь через сито, взвешиваем повторности по 300 г и размещаем в горшки.

3. После закладки смеси А1 тазик, сито помыть, просушить.

4. Повторить процедуру подготовки следующих смесей.

Металлическим стержнем сделать множество углублений в смеси с поверхности и равномерно закапать нефть в соответствии с таблицей 3.

Всего планируется сформировать 38 смесей в трех повторностях, итого 114 горшков.

5. Сформированные горшки с поддонами расставить по стеллажным полкам под тентом на открытом воздухе.

6. Оставить в покое на несколько дней для сцепления всех компонентов

7. Через десять дней посеять семена кресс-салата на поверхность горшочков в количестве 10 штук.

8. Два раза в неделю осуществляется полив горшков. Объем полива 40 мл в неделю или 20 мл за один раз, поверхностный.

9. Перед каждым поливом требуется проводить перестановку горшков по схеме 1 для нейтрализации светового фактора воздействия.

Схема 1.

10. Через три дня после посадки фитокультуры необходимо определить всхожесть.

11. Далее ежедневно наблюдать за фитокультурой для установления периода прорастания

Таблица 2.2. Содержание компонентов (г) в смесях из расчета на один горшок

Таблица 2.3. Содержание компонентов (г) в смесях из расчета на одну смесь - три горшка (три повторности)

Таблица 2.4.

Контролируемые показатели:

1. Определение опасности проб:

- определение фитотоксичности для семян высших растений

- определение класса опасности на инфузориях

- определение класса опасности проб на бактериях (эколюм)

- определение класса опасности на водорослях

2. Определение физических показателей в пробах:

- относительная деформация набухания

- относительная деформация просадочности

3. Химические исследования:

- определение хлоридов

- определение нефтепродуктов

- определение рН среды

2.2 Методы

2.2.1 Определение физических показателей в пробах: относительная деформация просадочности и относительная деформация набухания

Набухание - увеличение объема почвы и грунта в процессе смачивания. В результате гидратации частиц и образования на поверхности их оболочек рыхло связанной воды уменьшаются силы сцепления между ними, происходит отдаление их друг от друга, что приводит к увеличению общего объема почвы или грунта. Способность частиц к набуханию связана с гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, а также с начальными плотностью и влажностью их. Осмотическая теория природы процесса набухания объясняет процесс разностью концентраций растворов. Если концентрация раствора в поровом пространстве выше, чем концентрация окружающего раствора, то происходи набухание, а если ниже - наблюдается сжатие. Способность почв и грунтов к набуханию можно охарактеризовать степенью, влажностью и давлением набухания. Степень, или деформация набухания, определяется изменением объема массы или высоты образца:

Rh=(hk-hн)/hн *100

где Rh - степень набухания по высоте образца.% ; hk и hн - первоначальная и конечная высота образца, мм.

Из методов определения степени набухания наиболее распространен метод Васильева.

Под усадкой почвы или грунта понимают уменьшение объема их при высыхании. Предел усадки соответствует полному удалению воды из почвы и переходу из полутвердой в твердую консистенцию. Усадка зависит от тех же факторов, что и набухание и прямо коррелирует с ними. Усадку определяют по величине линейной или объемной усадки и по влажности, при которой прекращается усадка. [Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических почв, М. Агропромиздат, 1986, 416 с]

2.2.2 Определение токсичности образцов методом биотестирования

Для выявления токсичности исследуемых проб применялась аттестованная методика «Определение токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по изменению прироста микроводорослей Scenedesmus quadricauda». Она основана на регистрации прироста численности клеток пресноводных микроводорослей в пробах за определенный период экспозиции с использованием прибора ToxyPam (Walz, Germany). Критерием острой токсичности служит ингибирование прироста численности клеток на 30% и более, либо ингибирование активности флюоресценции водорослей более чем на 50% за 120 часов в исследуемом экстракте при условии, что в контроле ингибирование прироста и интенсивности флюоресценции не превышает 10%.

Процедура пробоподготовки к биотестированию была проведена в соответствии с нормативными документами. В контроле применялась дистиллированная вода, доведенная по рН до 7,2 отн.ед, которая используется для поддержания исходной культуры тест-организмов. Приготовление проб воды заключалось в через бумажный фильтр «белая лента» и доведении ряда предусмотренных методикой физико-химических показателей: рН, (в интервале рН 7-8.2, при необходимости доводили 10% HCl или 10% KOH), содержание кислорода (исходно не менее O2 не менее 6 мг/дм 3 ) и температура (оптимум 22 оС).

Биотестирование проводили в конических плоскодонных колбах объемом 100 см3, которые заполняли 50 см3 исследуемого экстракта, в них помещали по культуру водорослей до плотности 20 000 Кл/мл не более 7-суточной экспозиции (в стадии логарифмического роста). Определение токсичности каждой пробы проводили в трех параллельных сериях. В качестве контроля использовали три параллельные серии с водой. Биотестирование проводится с соблюдением требований к температуре, продолжительности фотопериода и к качеству культивационной воды в соответствии с требованиями методики. Учет в опыте и контроле проводили по истечении 120 часов. Для исследования также применяли второй тест-объект - бактериальный препарат «Эколюм» на основе генно-модифицированного штамма Esheriсhia coli. Биотестирование проводили с использованием прибора Биотокс-10М. В каждый тестируемый образец добавляли концентрат культуры бактерий. Люминесценцию проб измеряли после 30 минутной экспозиции. Токсичными признавали образцы, в которых наблюдалось ингибирование относительно контрольного образца свыше 20%. Стимулирование свечения не считается проявлением токсичности. Третий тест-объект - Paramecium caudatum. Острое токсическое действие исследуемой пробы определяют по смертности (летальности) инфузорий за определенный период экспозиции. Критерием острой токсичности пробы служит гибель 50% и более парамеций за 24 ч, при условии, что в контроле гибель особей не превышает 10%. В качестве контроля используют параллельные серии с культивационной водой. Для биотестирования используют планшет с лунками. Помещают по 10 Ї 12 особей в каждую лунку. После помещения инфузорий в планшет в контрольные лунки наливают по 0,6 см3 культивационной воды, в опытные -- по 0,6 см3 тестируемой пробы. Отмечают время начала биотестирования и подсчитывают под микроскопом количество особей в каждой лунке.

2.2.3 Определение массовой доли нефтепродуктов и хлоридов в исследуемых образцах

Согласно литературным данным, зачастую одним из основных токсических компонентов в буровых шламах является нефть и ее фракции. Поэтому определение общего содержания нефтепродуктов при эколого-токсикологической оценке буровых шламов является непременной частью их химической характеристики.

В отобранных в рамках работы пробах было определено содержание нефтепродуктов методом ИК-спектроскопии (ПНД Ф 14.1:2:4.168-2000 "Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в питьевых, природных и очищенных сточных водах методом ИК-спектрофотометрии на концентратомере КН-2м" ) в аккредитованном Химико-аналитическом центре факультета почвоведения МГУ.

В пробах было определено содержание хлоридов аргентометрическим методом (ГОСТ 26425-85 «Методы определения иона хлорида в водной вытяжке») в аккредитованном Химико-аналитическом центре факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.

2.2.4 Определение фитотоксичности образцов

Фитотестирование как метод оценки почв и почвогрунтов используется издавна для определения качества семян, плодородия почв, в биомедицинских исследованиях и относительно недавно в природоохранной сфере для оценки экологического качества природных сред. Основано на чувствительности растений к экзогенному химическому воздействию, что отражается на ростовых и морфологических характеристиках.

Во многих работах отечественных и зарубежных авторов показана эффективность применения семян кресс-салата (Lepidium sativum). Данная культура была информативной при загрязнении исследуемых объектов поллютантами различных типов (тяжелыми металлами, углеводородами, радиоактивными веществами и др.) и при комплексном загрязнении.

Глава 3 Результаты и обсуждение

3.1 Химические исследования

Все пробы были исследованы в аккредитованном Химико-аналитическом центре факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.

Установлено, что содержание хлоридов в мелиорированных буровых шламах всех исследованных смесей варьируется от 0,10 до 1,39 г/кг, что соответствует 0,01 - 0,139 % (табл.3.1).

Таблица 3.1 Характеристика исследованных смесей мелиорированного бурового шлама по ряду исследованных показателей

Шифр пробы

БШ, %

Песок, %

Глауконит, %

Цемент, %

Хлориды, г/кг

рН

6015

70

30

0

0

0,20

7,63

6016

70

30

0

0

0,52

7,61

6017

70

30

0

0

0,26

7,74

6019

70

20

1

9

0,11

9,29

6020

70

20

1

9

0,31

8,92

6021

70

20

1

9

0,27

9,32

6022

70

20

2,5

7,5

0,39

9,11

6023

70

20

2,5

7,5

0,36

8

6024

70

20

2,5

7,5

0,42

9,73

6025

70

20

2,5

7,5

1,20

9,39

6026

70

20

2,5

7,5

0,44

9,42

6027

70

20

2,5

7,5

0,68

9,35

6028

70

20

2,5

7,5

1,39

9,9

6029

70

20

5

5

0,76

9,27

6030

70

20

5

5

1,38

9,16

6031

70

20

5

5

0,20

8,81

6032

70

20

5

5

0,53

9,59

6033

70

20

5

5

0,55

9,45

6034

70

20

5

5

0,92

9,07

6035

70

20

5

5

0,93

10,7

6036

60

25

1,5

13,5

0,86

10,03

6037

60

25

1,5

13,5

0,18

9,65

6038

60

25

1,5

13,5

0,17

9,44

6039

60

25

1,5

13,5

0,34

10,31

6040

60

25

1,5

13,5

0,46

10,11

6041

60

25

1,5

13,5

1,01

10,43

6042

60

25

1,5

13,5

0,76

10,64

6043

60

35

0,5

4,5

0,38

9,21

6044

60

35

0,5

4,5

0,10

9,53

6045

60

35

0,5

4,5

0,54

9,35

6046

60

35

0,5

4,5

0,42

9,73

6047

60

35

0,5

4,5

0,55

9,59

6048

60

35

2,5

2,5

< 0,05

7,86

6049

60

35

2,5

2,5

0,17

7,21

6050

60

35

2,5

2,5

0,66

8,57

6051

60

35

2,5

2,5

0,23

8,81

6052

60

35

2,5

2,5

0,11

8,76

6053

60

35

2,5

2,5

0,15

8,7

При анализе водной вытяжки из проб мелиорированного бурового шлама было установлено, что все пробы характеризуются щелочной реакцией среды (рН водн колеблется от 7,61 до 10,64), что обусловлено, как правило, составом применяемых при бурении реагентов и в целом характерно для буровых шламов.

3.2 Исследования образцов на экотоксичность

Биотестирование проводилось специалистами Лаборатории экотоксикологического анализа почв (ЛЭТАП) МГУ им. М.В.Ломоносова. Лаборатория сертифицирована в системе аккредитации аналитических лабораторий (СААЛ).

Исследования мелиорированных смесей бурового шлама на экотоксичность показали, что исследованные образцы являются нетоксичными, согласно установленным критериям.

При изучении эффекта влияния смесей БШ на проявление биотического отклика было выявлено, что тест-объект Paramecium caudatum оказался наименее чувствителен из всех тест-объектов, наиболее чувствительным оказался Scenedesmus quadricauda (табл.3.2).

Таблица 3.2. Характеристика исследованных смесей мелиорированного бурового шлама по ряду показателей биотестирования

...

Шифр пробы

БШ, %

Песок, %

Глауконит, %

Цемент, %

S.quadricauda

% прирост

P.caudatum, % выживших

6015

70

30

0

0

131

100

6016

70

30

0

0

120

100

6017

70

30

0

0

90

100

6019

70

20

1

9

127

100

6020

70

20

1

9

122

100

6021

70

20

1

9

171

100

6022

70

20

2,5

7,5

358

100

6023

70

20

2,5

7,5

145

100

6024

70

20

2,5

7,5

154

100

6025

70

20

2,5

7,5

180

100

6026

70

20

2,5

7,5

180

100

6027

70

20

2,5

7,5

123

100

6028

70

20

2,5

7,5

121

100

6029

70

20

5

5

128

100

6030

70

20

5

5

101

100

6031

70

20

5

5

108

100

6032

70

20

5

5

130

100

6033

70

20

5

5

133

100

6034

70

20

5

5

107

100

6035

70

20

5

5

133

100

6036

60

25

1,5

13,5

166

100

6037

60

25

1,5

13,5

158

100

6038

60

25

1,5

13,5

168

100

6039

60

25

1,5

13,5

165

100

6040

60

25

1,5

13,5

152

100

6041

60

25

1,5

13,5

164

100

6042

60

25

1,5

13,5

164

99,75

6043

60

35

0,5

4,5

112

100

6044

60

35

0,5

4,5

132

100

6045

60

35

0,5

4,5

123

100

6046

60

35

0,5

4,5

173

100

6047

60

35

0,5

4,5

173

100

6048


Подобные документы

  • Проведение экологической оценки влияния эксплуатации оборудования по утилизации буровых отходов, с использованием технологии геотекстильных контейнеров, на основные компоненты окружающей природной среды. Расчет количества выбросов загрязняющих веществ.

    дипломная работа [5,2 M], добавлен 30.05.2015

  • Систематизация источников загрязнения при бурении скважин. Основные принципы и технологические схемы переработки отходов нефтедобычи. Способы их утилизации. Устройство для регенерации бурового раствора. Термический метод нейтрализации бурового шлама.

    реферат [404,9 K], добавлен 08.04.2015

  • Проблемы и перспективы производства алкилсалицилатных и других видов присадок, способы утилизации шламов. Анализ возможности вовлечения шламов АСП и ПМС в мазут марки М-100. Расчет балансов и аппаратурного оформления основного оборудования процесса.

    дипломная работа [76,3 K], добавлен 29.03.2014

  • Основные проблемы при бурении скважин. Техногенные объекты и их воздействие на окружающую среду. Способы уменьшения негативного воздействия. Методы утилизации отработанных буровых растворов. Мероприятия по защите земель от техногенного воздействия.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 16.12.2014

  • Методологические аспекты организации государственного контроля обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов. Усовершенствование экономических механизмов в системе управления отходами. Характеристика мероприятий по реабилитации окружающей среды.

    контрольная работа [40,1 K], добавлен 05.02.2013

  • Изменение качества окружающей среды при захоронении твердых бытовых отходов на полигонах (на свалках). Изменение качества окружающей среды при их биотермической переработке. Современное состояние мест складирования отходов, основные объекты захоронения.

    дипломная работа [6,8 M], добавлен 09.02.2015

  • Способы утилизации отходов птицеводства, животноводства, существующие технологии в данной сфере, оценка преимуществ и недостатков. Способы переработки отходов растительного сырья. Общая характеристика отходов сельского хозяйства, способы их утилизации.

    дипломная работа [3,5 M], добавлен 22.07.2011

  • Оценка воздействия на компоненты окружающей среды процесса строительства узла доочистки промывных вод станции обезжелезивания водозаборных сооружений Смоленской АЭС. Расчет платы за негативное воздействие на компоненты ОС в процессе строительства.

    дипломная работа [2,4 M], добавлен 19.08.2012

  • Увеличение объёмов бурения и переработки. Основные проблемы бурения. Негативное влияние буровых сточных вод на окружающую среду. Основные технологии очистки сточных вод. Интенсивность и кратковременность формирования значительных техногенных нагрузок.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 05.10.2015

  • Особенности переработки и утилизации пищевых отходов, перспективы расширения данной сферы деятельности в будущем и ее значение в защите окружающей среды. Вторичное использование различных бытовых отходов: стеклотары, упаковки. Сливание отходов в водоемы.

    реферат [24,1 K], добавлен 04.06.2014

  • Твердые бытовые отходы, общая характеристика и виды. Энергосберегающие лампы, их воздействия на экологию и особенности утилизации. Негативное воздействие пластика на здоровье человека и на окружающую среду. Методы и приборы переработки пищевых отходов.

    презентация [2,6 M], добавлен 14.12.2013

  • Определение степени деградации воздушной и водной среды, а также почвенного покрова под влиянием техногенной нагрузки на различных переделах Павлодарского алюминиевого завода. Проведение расчета и обоснование лимитов на размещение отходов производства.

    курсовая работа [233,2 K], добавлен 09.10.2015

  • Проведение экологического мониторинга предприятия на примере мусоросжигательного завода. Виды отходов, методы их утилизации. Термическое уничтожение отходов. Опасность отходов для окружающей среды. Мониторинг промышленных вод. Обработка охлаждающей воды.

    курсовая работа [161,5 K], добавлен 02.05.2015

  • Проблема накопления отходов производства и потребления, ее актуальность на современном этапе в Беларуси, направления и перспективы разрешения. Классификация отходов и анализ их негативного воздействия на окружающую среду, пути и значение утилизации.

    презентация [2,9 M], добавлен 14.04.2016

  • Особенности утилизации отходов от машиностроительного комплекса, переработки древесины и производства строительных материалов. Анализ тенденций к обработке промышленных отходов на полигонах предприятий с заводской технологией обезвреживания и утилизации.

    реферат [21,2 K], добавлен 27.05.2010

  • Состояние гидросферы, литосферы, атмосферы Земли и причины их загрязнения. Методы утилизации отходов предприятий. Способы получения альтернативных источников энергии, не наносящих вреда природе. Влияние загрязнений окружающей среды на здоровье человека.

    реферат [28,0 K], добавлен 02.11.2010

  • Обезвреживание и утилизация отходов в нефтегазовом комплексе. Состав и содержание отхода. Первичные показатели опасности. Показатели степени опасности отходов для окружающей природной среды. Обзор основных существующих методов утилизации отхода.

    курсовая работа [79,9 K], добавлен 06.07.2015

  • Оценка окружающей природной среды в районе расположения горнодобывающего предприятия. Характеристика гидросферы, оценка состояния и поверхностных водных объектов. Оценка воздействия объекта на окружающую природную среду при складировании отходов.

    дипломная работа [1,1 M], добавлен 17.09.2011

  • Буровая установка для разведки и разработки месторождений нефти и газа. Цикл строительства скважин. Основные виды буровых платформ. Очистка сточных вод и отходов бурения на суше и на море. Систематизация источников загрязнения природной среды при бурении.

    курсовая работа [3,1 M], добавлен 04.06.2015

  • Мониторинг окружающей среды с целью предотвращения или минимизации негативного воздействия промышленного объекта на природную среду. Исследование загрязнения окружающей среды Ирбитским хлебозаводом, работы по отбору проб снега и анализу их загрязненности.

    курсовая работа [10,0 M], добавлен 16.05.2017

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.