Разработка технических средств защиты месторождений песчано-гравийных смесей от загрязнения нефтепродуктами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат технических наук Капустина, Екатерина Сергеевна

• Капустина, Екатерина Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Капустина, Екатерина Сергеевна

Реферат.

Введение.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Почвенно-растительные компоненты техногеокомплексов.

1.2 Загрязнение грунтов нефтепродуктами.

1.3 Тампонажные растворы.

1.3.1 Классификация тампонажных растворов.

1.3.2 Требования к тампонажным растворам.

1.3.3 Материалы для приготовления тампонажных растворов.

1.3.4 Технология тампонирования.

1.4 Экологические проблемы загрязнения гидросферы нефтепродуктами.

1.5 Загрязнение гидросферы, литосферы нефтепродуктами на примере бывшего Ярославского сажевого завода.

1.6 Классификация способов очистки нефтесодержащих природных вод.

1.7 Активные угли в процессах водоочистки.

1.8 Способы очистки воды от фенолов.

1.9 Земляные пруды для хранения нефтепродуктов.

1.9.1 Устройство, эксплуатация земляных прудов в соответствии с установленными нормативами.

1.9.2 Устройство земляных прудов бывшего Ярославского сажевого завода.

1.10 Использование высококипящих углеводородов в различных направлениях.

1.10.1 Использование высококипящих углеводородов в качестве пластификатора для каучуков.

1.10.2 Использование высокоароматических соединений для производства керамзита.

1.10.3 Использование высококипящих углеводородов для производства техуглерода.

1.10.4 Производство магнитной жидкости на основе применения высококипящих углеводородов.

1.11 Выводы из литературного обзора.

Задачи исследования.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Объекты исследований.

2.2 Методы исследований.

2.2.1 Показатели песка, гравия и глины для использования в строительных работах.

2.2.2 Физико - химические показатели «зеленого масла» и отходов зеленого масла.

2.2.3 Определение структурно - группового состава.

2.2.4 Метод инфракрасной спектроскопии.

2.2.5 Определение неорганической части отходов зеленого масла.

2.2.6 Определение класса опасности отходов зеленого масла.

2.2.7 Метод определения свойств керамзита.

2.2.8 Метод определения свойств резин.

2.2.9 Определение физико-химических показателей технического углерода.

2.2.10 Методика получения магнитной жидкости на основе отходов зеленого масла.

2.2.10.1 Определение объемной доли магнетита.

2.2.10.2 Определение намагниченности насыщения.

2.2.11 Методика проведения геологических и гидрохимических изысканий.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГИДРОХИМИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ.

3.1 Геологическое строение участка.

3.2 Гидрогеологические условия участка.

3.3 Разработка мониторинга содержания нефтепродуктов в подземных и поверхностных водах на территории сажевого завода.

3.4 Контроль загрязнения грунта нефтепродуктами промплощадки завода.

3.5 Математическое моделирование процесса прохождения зеленого масла через песчано-гравийную смесь.

3.6 Предложения по снижению угрозы загрязнения р. Волга с помощью организации дополнительных скважин на пути движения водонефтяной эмульсии.

3.7 Результаты оценки качества месторождений песчано-гравийных смесей загрязненных нефтепродуктами и возможности их использования.

3.8 Выводы к главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОТХОДОВ ЗЕЛЕНОГО МАСЛА.

4.1 Исследование физико - химических показателей «зеленого масла» и отходов зеленого масла.

4.2 Изучение структуры отходов зеленого масла методом ИК - спектроскопии.

4.3 Определение неорганической части отходов зеленого масла.

4.4 Выводы к главе.

5. МОНИТОРИНГ ВЫДЕЛЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ ИЗ ЗАГРЯЗНЕННОГО ГРУНТА.

5.1 Мониторинг уровня отходов зеленого масла в дренажной системе.

5.2 Использование углеродных волокон для очистки водонефтяной эмульсии от фенола и нефтепродуктов.

5.3 Разработка способа очистки грунтовых вод, загрязненных фенолом и нефтепродуктами.

5.4 Разработка многоступенчатого процесса отстаивания отходов зеленого масла из водонефтяной эмульсии дренажной системы.

5.5 Расчет предотвращенного экологического ущерба и экономической эффективности работы.

5.5.1 Расчет платежей за сброс нефтепродуктов в пределах установленных лимитов и допустимых нормативов сбросов.

5.5.2 Расчет экологического ущерба (размера вреда), причиненного загрязнением отходами зеленого масла реке Волга.

5.5.3 Расчет себестоимости и капитальных затрат на строительство установки по очистке водонефтяной эмульсии и отстаиванию отходов зеленого масла от воды

5.5.4 Расчет предотвращенного экологического ущерба, причиненного загрязнением отходами зеленого масла реке Волга, и экономической эффективности работы.

5.6 Выводы к главе.

6. ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ЗЕЛЕНОГО МАСЛА.

6.1 Применение отходов зеленого масла в качестве вспучивающей добавки.

6.2 Применение отходов зеленого масла в качестве компонента сырьевой смеси для получения технического углерода.

6.3 Применение отходов зеленого масла в качестве мягчителя резиновой смеси

6.4 Производство магнитной жидкости на основе отходов зеленого масла.

6.5 Выводы к главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технических средств защиты месторождений песчано-гравийных смесей от загрязнения нефтепродуктами»

Актуальность. В настоящее время общество очень внимательно относится к вопросам охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. Последние в ряде случаев могут быть загрязнены различными отходами производства, в том числе образовавшимися в отдаленный период.

Характерными в этом плане являются засыпанные земляные пруды с неизвестной степенью гидроизоляции бывшего Ярославского сажевого завода для хранения «зеленого масла» (керосино-газойлевая фракция 170-360 продуктов пиролиза крекинг керосина) - сырья для производства ламповой сажи. Производственная площадка завода расположена в черте города Ярославля, и после его закрытия в 1979 г. представляла значительный интерес для разработки песка и гравия для дорожного строительства, а также глины для производства керамзита, находящихся на различных геологических уровнях. Анализ показал соответствие этих материалов ГОСТам. Возможность их целевой добычи соответствующего качества будет зависеть от степени загрязнения грунта «зеленым маслом», а также создания преград на пути распространения водонефтяной эмульсии в сторону р. Волга с последующим проникновением к центральному питьевому водозабору г. Ярославля, находящемуся в 2 км ниже по течению, и ухудшением качества воды для населения центра города.

Таким образом, актуальность данной работы заключается в проведении научных изысканий по оценке глубины и масштаба загрязнения грунта «зеленым маслом», возможных последствий для качества строительных материалов, а также разработки предложений путей решения одной из основных геоэкологических проблем Ярославской области.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2010 гг.)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 гг. (государственный контракт № 02.740.11.0319).

Целью работы являлось выявление закономерностей загрязнения слагающих пород пойменной части рек нефтепродуктами, изменения их химического состава при фильтрации через грунт и оценка качества песка, гравия и глины для разработки способа снижения распространения нефтепродуктов в грунте, способов очистки и утилизации компонентов водонефтяной эмульсии, обеспечивающих защиту месторождений песчано-гравийных смесей.

Идея работы заключается в том, что снижение уровня загрязнения месторождений песка, гравия и глины достигается путем создания преградитель-ных скважин на пути движения водонефтяной эмульсии и утилизации отходов «зеленого масла», находящихся в составе загрязнений.

Основные научные положения, сформулированные в работе, состоят в следующем:

-качество песка, гравия и глины в пойменных частях крупных рек и ареале их загрязнения нефтепродуктами характеризуется гранулометрическим и минералого-петрографическим составом, а также содержанием вредных компонентов и примесей и удельной активностью;

-оценка прохождения нефтепродуктов через песчано-гравийный слой может быть произведена на основе математического моделирования, учитывающего конвективную диффузию в вертикальном направлении и показывающего, что вертикальный профиль концентрации загрязнения подчиняется экспоненциальному закону;

-в процессе фильтрации через грунт в результате процессов адсорбции идет существенное изменение группового химического состава нефтепродукта по сравнению с исходным нефтяным сырьем в сторону обогащения его пара-фино-нафтеновыми углеводородами и уменьшения количества тяжелых ароматических углеводородов;

-для очистки техногенной водонефтяной эмульсии, выходящей на поверхность земли, от фенолов и нефтепродуктов возможно использование сорб-ционной очистки с применением в качестве фильтра пенополиуретановой крошки и цеолитов №Х.

Новизна научных и практических результатов:

-разработана адекватная математическая модель прохождения нефтепродуктов через песчано-гравийный слой, учитывающая конвективную диффузию в вертикальном распределении нефтепродукта по высоте грунта;

-на основании гидрогеологических, гидрохимических изысканий оценены масштабы локального загрязнения нефтепродуктом месторождений песка, гравия и глины и установлено их соответствие ГОСТам для использования в строительных целях;

-разработан и запатентован способ мониторинга, учитывающий количество и интенсивность выхода нефтепродуктов на поверхность земли, путем создания серии скважин и оценки уровня водонефтяной эмульсии в имеющемся дренаже;

-на основе установленного различия между физико-химическим составом нефтепродуктов, прошедших через слои грунта, и исходным нефтяным сырьем определены возможные направления их использования в качестве сырья для получения резиновых смесей, производства керамзита и технического углерода, подтвержденные лабораторными и опытно-производственными результатами.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

-корректной постановкой задач исследований и квалифицированным применением классических методов математической физики, математической статистики, теории вероятностей и современных достижений вычислительной техники;

-достаточно большим объемом лабораторных и вычислительных экспериментов, результаты которых свидетельствуют об адекватности разработанных моделей и обоснованности выводов и рекомендаций.

Практическая значимость работы. Предложен универсальный способ мониторинга степени загрязнения нефтепродуктами района залежей песка, гравия и глины и с помощью разработанного запатентованного прибора оценен масштаб их проникновения в грунтовые воды. Разработаны и апробированы технологические решения защиты месторождений песчано-гравийных смесей и утилизации нефтепродукта, поступающего из грунта.

Реализация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы были апробированы в районе бывшего сажевого завода, допустившего масштабные проливы нефтяного сырья в районе месторождений песка, гравия и глины. Теоретические результаты и технические решения включены в учебный курс «Науки о Земле», «Экологический мониторинг» и «Экономика и прогнозирование промышленного природопользования» для обучающихся по направлению «Энерго- и ресурсосберегающие процессы», а также использованы при выполнении госбюджетных НИИР в Ярославском государственном техническом университете.

Апробация работы. Содержание работы прошло апробацию на международных научно-практических конференциях: «Технологии обеспечения безопасности здоровья», Ярославль, 2008 г.; «Безопасность городской среды», Ярославль, 2010 г.; на Международном симпозиуме им. акад. М.А. Усова, Пермь, 2010 г.; на Украинской научно-практической конференции с международным участием, Днепропетровск, 2010 г.; на Всероссийской конференции «Экологические проблемы урбанизированных территорий», Пермь, 2011 г.; на Всероссийской научно-практической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий», Тула, 2010 г.; на Межрегиональной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды и здоровья населения», Ярославль, 2010 г.

Публикации. По результатам работы опубликовано 12 статей, в том числе 1 в рекомендованном ВАК журнале; получен 1 патент на полезную модель.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР