Шлам: что это такое,дегидратация, утилизация, влияние на экологию

Состав и виды шлама

Твердый осадок шлама содержит много веществ, в состав которых входят следующие химические элементы:

• медь;
• магний;
• цинк;
• кальций;
• алюминий;
• кремний;
• фосфор;
• железо.

Шлам состоит из трех зон.

Первая	Ядро	Кристаллическая решетка, состоящая их частиц, в основном солей магния и кальция.
Вторая	Адсорбционный слой	Слой появляется из-за выделения катионов щелочных и щелочно-земельных металлов.
Третья	Диффузный слой	Поддерживает электронейтральность.

По источнику образования производственный шлам бывает:

• Шлам от емкостной очистки;
• Шлам от доменов;
• Отходы сталеплавильный, доменных, мартеновских печей;
• Отходы подбункерных печей;
• Пыль от цехов;
• Пыль предприятий.

Процесс и места его образования

Обработка сырьевых материалов во время технологических процессов приводит к образованию шлама.

Основные места образования при этом — предприятия горно-обогатительного, нефтеперерабатывающего, химического или металлургического типа. Шлам образуется одним из этих путей:

1. Порошок оседает в растворе во время электролиза цинка, меди и других металлов средней электрохимической активности;
2. В паровых котлах остаются отложения, напоминающие ил, они удаляются продувкой;
3. Обогащение руды, угля, из-за чего образуется ил;
4. Фильтрация, отстаивание жидкостей вызывает появление отходов в виде мелких частиц;
5. Производство кварцевого песка оставляет после себя песчаный шлам.

Большая часть отходов в области металлургии появляется от осаждения пылевых выбросов. На нефтеперерабатывающих предприятиях объем пыли обычно не составляет больше одного процента от всего продукта.

Области применения шламов

Основная область применения этого вида отходов — это производство строительных материалов. Также из них получают профилактические смазки. По больше части области применения зависит от непосредственного состава шлама:

• шлам добавляют во время производства декоративного стекла;
• для создания лакокрасочных материалов берут осадок от электролиза средних по электрохимической активности металлов;
• приготовление керамзита требует шлам, богатый железом;
• изготовление черепицы сопровождается добавлением осадка, содержащего глинистые компоненты.

Вред для окружающей среды

Отходы, образующиеся при буровых работах, добыче и переработке руды, представляют опасность для окружающей среды и человека, так как пыль обладает токсичными свойствами. В таблице представлен вред, который наносят шламы окружающей среде, животным и людям.

Что страдает                                               Негативное влияние

Организм человека	Токсичное воздействие
Представители фауны	Гибель, снижение качества и длительности жизни
Животные	Вымирание некоторых видов
Рыбы и беспозвоночные	Появление симптомов, связанных с гистологическими нарушениями
Растения	Накопление опасных веществ в тканях
Рыбы	Снижение способности к адаптации
Животные, люди, растения	Увеличение частотности появления генетических отклонений от рождения
Вода	Воздействие на химико-физические свойства
Водоемы	Загрязнение тяжелыми металлами и их катионами
Температура	Показатели отклоняются от нормы
Почвенные слови	Значительно изменяется структура
Сельскохозяйственные земли	Уменьшается урожайность

И хотя вода и почва могут очищаться от пыли, это не помогает с борьбой против нерастворимых в воде частиц. Для восстановления нормального состава потребуется от 30 до 50 лет.Шлам относят к третьему классу опасности или иначе “умеренно опасные отходы”.

Способы переработки

После появления данных о токсичности буровых шламов (в 70-80 годах 20 века) и о миграции их компонентов в окружающей среде (особенно в грунтах и грунтовых водах) произошла переоценка используемых технологий утилизации и переработки отходов. Появились более совершенные методы и их сочетания.

Известные современные направления утилизации буровых отходов подразделяются на следующие группы (классификационные признаки):

• физические;
• химические;
• физико-химические;
• термические;
• биологические.

Физические методы

Это направление представлено технологиями:

1. Захоронение в специально отведенных местах (могильниках, шламохранилищах, на бросовых землях, в земляных амбарах, карьерах после их разработки, в зонах с многолетней мерзлотой).
2. Закачка в трещины пластов, образовавшиеся в результате гидроразрыва, а также в подземные горизонты глубокого залегания (технология CRI).

Конечной стадией способа захоронения должна служить рекультивация использованной территории или ее самозарастание. Закачка в пласт — перспективное направление, не нашедшее распространения в отечественной отрасли утилизации буровых отходов из-за высоких эксплуатационных затрат.

Химические и физико-химические

Методы включают такие способы утилизации:

1. Отверждение. С помощью специальных добавок неорганической природы (окись алюминия, жидкое стекло, портландцемент, фосфогипс, доломитовая мука) и органических (смолы фенолформальдегидные, полиуретаны), получают отвержденную смесь буровых отходов для последующего захоронения.
2. Реагентное капсулирование. Буровой шлам перемешивается с реагентом капсулирования, например, негашеной известью. При смешивании шлама с известью образуется порошок, который капсулируется до твердого материала, изолируя токсические отходы от окружающей среды.
3. Гидрофобизация (обезвреживание шламов) происходит с помощью отверждающих композиций, сильно уменьшающих проникновение в воду из шлама органических соединений. Вещества также препятствуют образованию мути. Токсичность отходов снижается в десятки раз.
4. Использование подобранных реагентов для смешивания с буровыми отходами. Цель — изменение физико-химических свойств БО, с дальнейшей обработкой на специальном оборудовании. Возможные реагенты — это известь, песок, торф, гипс, смолы, гипс, навоз, портландцемент.

Термические

Эта группа методов утилизации включает обработку отходов в печах различной конструкции.

Возможные термические процессы:

• сжигание;
• прогрев и сушка;
• высокотемпературный обжиг.

Термические способы обезвоживания, обезвреживания, утилизации буровых шламов за счет высоких температур обеспечивают уменьшение токсичности и избавляют отходы от вирусов, спор, патогенных микробов. Технологии эффективны, но не всегда экономически рентабельны.

Биологические

Включают микробиологическое и биотермическое разложение в почве и рекультивацию, а именно:

1. Смешение шлама бурового с гуминоминеральными концентратами (масса, содержащая 15% и более гуминовых кислот).
2. Биодеструкция загрязняющих элементов бурового шлама способом биоремедиации (использование микроорганизмов).
3. Рекультивация загрязненных земель с помощью смесей на основе торфа, песка, буровых шламов и обезвреживающих и мелиорирующих добавок, включая муку доломитовую, гипс, хлористый кальций, мел, доменный шлак.

При выборе метода утилизации бурового шлама учитываются ландшафтные, природно-климатические, геологические условия. Играет роль удаленность буровых станций друг от друга, энергетические и транспортные затраты на реализацию того или иного способа.

Методы извлечения металлов из шлама

На некоторых производствах концентрация металлических частиц достигает 80%. Поэтому вопрос об эффективных методах извлечения металлов из остаточного продукта крайне актуален. Твердые металлические частицы извлекаются несколькими способами.

Кислотно-щелочное выделение

Предварительно осадок переводят в растворимый вид, применяя серную кислоту. В результате окисленные металлы превращают в сульфаты. В дальнейшем полученный раствор очищают от остатков глины и песка. После этого раствор доводится до необходимого показателя рН, в результате чего металлические частицы начинают оседать.

Экстракция органическими веществами

Представленный метод используется для отделения цветных и благородных видов металла. При экстракции используются нетоксичные и негорючие экстрагенты. Исключается применение летучих растворителей.

На практике применяется система экстракции при помощи водного раствора с расплавом органического вещества. После экстракции и последующего охлаждения емкости образуется густая масса, которая легко отделяется от жидкости и долго хранится.

Буровой шлам

Этот вид представляет собой водную суспензию. Она имеет твердую часть, состоящую из продуктов, полученных при разрушении горной породы, а также стенок скважины. Буровой шлам – это часть взвеси, которую улавливает шламовая труба в процессе колонкового бурения. Буровой шлам включает четыре вида отходов:

— бетонит отработанный;

— глина;

— жидкий грунт;

— грунтовые воды.

Очень важно правильно утилизировать буровой шлам. Это задача, от решения которой зависит благополучие окружающей среды. На сегодняшний день есть несколько методов утилизации, но до сих пор специалисты не пришли к единому мнению, какой из них эффективнее.

Нефтяной шлам

Это устойчивая, многокомпонентная система. Она состоит из нефтепродуктов, воды и минеральных примесей. Нефтяной шлам – это продукт, который образуется при добыче, переработке и транспортировке нефти-сырца.

Виды нефтяного шлама

В соответствии с условием образования шламов, их можно разделить на три самостоятельные группы:

1) грунтовые, которые образуются в случае, когда сырая нефть или нефтепродукты проливаются на почву (при производстве или в аварийных ситуациях);

2) резервуарные — образуются при транспортировке нефтепродуктов либо во время хранения их в емкостях разных конструкций;

3) придонные — этот вид шлама появляется в случае, если розливы нефти оседают на дне водоема.

В отдельную группу выделяют шламы, образующиеся во время добычи нефти. Выходящая на поверхность земли маслянистая горючая жидкость в своем составе содержит мелкие частицы соли и горных пород, воду, газы. Это так называемая сырая нефть. Примеси, содержащиеся в ней, серьезно затрудняют транспортировку и переработку нефтяного сырья. Поэтому предварительно сырой каустоболит обрабатывается специальным способом. Из него удаляют воду, механические примеси, соли и твердые углероды. Затем в нефтяной пласт вновь закачивается вода (для поддержания давления). В результате механические примеси с нефтью становятся нефтяным шламом.

В настоящее время переработка упомянутого вещества – это необходимый процесс. Благодаря ему, удается восстановить часть нефтепродукта. Нефтяные шламы, независимо от природы возникновения, вредны для экологии.

На сегодняшний день единственный способ их утилизации – сжигание или захоронение. Эти способы весьма затратны в финансовом отношении, требуют строгого соблюдения всех технологических норм. Но при этом и они не дают желаемого результата.

Да, к сожалению, идеального способа утилизации нефтяных шламов пока не найдено. Как и в двадцатом веке, чаще всего используют традиционные методики – сжигание, отстаивание, фильтрацию.

Вопросы утилизации

Отходы, которые появляются во время работы с нефтяными продуктами, являются опаснейшими поллютантами, которые оказывают отрицательное влияние на экологическую среду. Так как нефтешламы загрязняют воздух, растительный и почвенный покровы, грунтовые воды.

Наверное, любой человек в нашей стране знает, что Российская Федерация — это государство, которое лидирует по количеству переработки и добычи нефти (углеводородное топливо в нашей стране больше преобладает над остальными разновидностями источников энергии). Поэтому появляется множество нефтешламов, которые нуждаются в утилизации. 4−8% нефтяных продуктов теряются в виде загрязнений на любых этапах технологического процесса.

Основной источник шламов — это организации, которые занимаются нефтяной добычей, а также компании по перевозке, организующие транспортировку нефтяной продукции.

Важно: ученые подсчитали, что нефтяные предприятия в России каждый год образуют приблизительно 600 тысяч тонн нефтешлама, а общий объем во всем мире равен 6 миллионам тонн.

Но, невзирая на значительное количество отходов, в нашей стране еще слабо разработаны рациональные методы по переработке шламов. Чаще всего в России используются недорогие варианты утилизации: сжигание и захоронение — что очень отрицательно отражается на состоянии здоровья людей и внешней среде. Потому можно смело сказать о том, что проблемы переработки нефтешламов очень актуальны и нуждаются в быстром решении.

Варианты устранения отходов

У всех компаний, которые производят переработку шлама, обязана быть лицензия на утилизацию. На сегодняшний день утилизация включает несколько самых распространенных методов.

Сжигание нефтешламов

Один из самых распространенных методов утилизации нефтешламов — это сжигание. Эффективность такого способа относительно невелика по определенным причинам:

• 
  когда вещества подвержены сжиганию, то одновременно с ними испаряется составляющая из углеводорода, которую можно использовать для производственных задач;
• установки и оборудование для сжигания довольно дорогостоящие, потому в некоторых случаях организация такого процесса нецелесообразна по экономическим причинам;
• ядовитые газы с легкостью выходят в атмосферу, причиняя непоправимый урон внешней среде.

Сжигание отходов не отличается экономической выгодой ни для внешней среды, ни для непосредственно производства.

Для того чтобы эффективность этого способа увеличилась, а выброс отходов снизился, необходимо предпринять определенные мероприятия, повышающие затраты на переработку отходов.

Влажность сырья обязана быть искусственно увеличена, как правило, необходимо ее повышение до 25%. Все молекулы воды обязаны находиться внутри топливной оболочки, лишь при этом расположении происходит оптимальное горение. Как правило, дополнительную подготовку не выполняют, потому переработка проводится по неудобной и неэффективной технологии.

Накапливание и хранение

Накапливание нефтяных отходов производится в результате невозможности их полноценной и быстрой переработки. Накапливать шлам необходимо в специально оборудованные и герметичные места, к примеру, в бункере. Зачастую они находятся без предварительного сортирования по видам и классу опасности.

В местах, на которых собирается шлам, все происходит естественным способом: процессы окисления, рост и размножение разных патогенных организмов, накопление осадков.

Начинает происходить восстановление всех элементов, но это действие затягивается на очень продолжительное время по причине того, что в окружающей среде не хватает кислорода, а также этот процесс осложняет переизбыток тяжелых солей металлов.

Если шлам хранился продолжительное время, то он по составу отличается от того, который только произведен. Нефтяной шлам, образовавшийся в резервуарах для хранения отходов, имеет отличия от продукта, образовавшегося в очистных ямах.

Процесс фильтрования

Для того чтобы утилизировать нефтяные отходы, достаточно фильтрации. После применения необходимых мероприятий по их очистке материалы зачастую применяются в строительстве. Они широко используются в засыпке дорог и планировке определенных участков. Иногда отфильтрованный нефтяной шлам можно вывезти на свалку, то есть утилизировать как обычный мусор. После применения допустимых способов по очищению и размещения сырья в естественную среду начинает происходить доочистка под воздействием микроорганизмов. Вероятно использование биопрепаратов, если отходы отвозят на специальных полигоны.

Фильтрование отходов выполняется в несколько стадий:

1. Требуется полное отмывание сырья от лишних компонентов. Процедура производится под воздействием пара, которым нагреваются отходы. При этом плотность разных веществ начинает максимально отличаться, а вязкость нефтешлама получается довольно низкой.
2. С помощью пузырьков пара нефтяной продукт всплывает и, захватывая конденсат, перемещается в декантатор.
3. На дальнейшем этапе незначительная часть конденсата сливается, после этого вместо пара используют горячую воду с добавлением газов, весь этот состав начинает выходить через специальные перфорационные трубки.

В результате этих изменений механические примеси быстро смешиваются, что требуется для интенсификации экстрагирования, это также не допускает образования участков застоя в нефтяном шламе.

С помощью чередования этих манипуляций нефтешлам получается максимально чистым, также таким образом можно отходы освободить от многих вредных примесей для внешней среды.

Экологические способы

В этом случае речь идет о выкачке воды из шламов для повторного применения в производственных целях. Во время применения этого способа сточные воды можно использовать для оборотной циркуляции, затем требуется утилизация твердых частиц. Таким образом, можно получить:

1. Превращение нефтяных шламов в твердые отходы. Этого можно добиться с помощью специально созданных консолидирующих растворов. Эти соединения используются в сельском хозяйстве. Зачастую эти отходы утилизируют на специальных полигонах.
2. Преобразование шлама в полезные вещества для производственной промышленности. Из них можно выделить парогазы, газы, нефтепродукты.
3. Использование шламов в производственных целях без значительных переработок. Также они служат составляющими для многих элементов сельского хозяйства.
4. Разложение отходов на составляющие элементы с помощью использования специальных реакций.

Все вышеперечисленные методы утилизации нефтешламов устарели, потому на сегодняшний день создаются и постепенно начинают использоваться новые способы, позволяющие защитить окружающую среду от токсичного действия происходящих процессов и произвести рециклинг углеводородов.

Эти альтернативные способы состоят в использовании современного и эффективного оборудования.

Используемое оборудование

Перед тем как переходить к современному оборудованию, нужно описать традиционные разновидности установок, которые чаще всего используются во время утилизации отходов.

Таким образом, процедура сжигания проходит в циклонных, надспоевых или камерных печах. Интересным считается турбобарботажный вариант по переработке шламов, при котором применяется барабанная и многоподная топка.

Перед сжиганием отходов, как правило, воды отделяют с помощью фильтрации, отстаивания, сушки, центрифугирования, заморозки. Фильтрацию производят с помощью фильтрационных или ленточных прессов. Для повышения скорости процесса проводят усреднение и смешивание шлама с добавлением разных химических составов.

Примером оборудования, которое используется для сжигания, может являться установка УУН-08. Ее применяют речные и морские порты, а также нефтегазовые компании. Принцип работы установки следующий:

1. Отходы размещаются в камере сгорания. Здесь шлам смешивается с помощью лопастей и барабанов.
2. При помощи дизельной горелки воспламеняют содержимое. Применяется специальный дымосос, который служит для поддержки активного горения и вывода дыма.
3. Выполняется очищение дыма.
4. Остатки процесса горения удаляют из барабана вручную.

Это оборудование, изготовленное в 2006 году, постоянно подвергается модернизации. Установку можно приобрести в мобильной и стационарной версии.

На сегодняшний день устройства для переработки нефтяных отходов включают в себя центрифуги и сепараторы, которые дают возможность сделать весь процесс безопасным и эффективным за счет сохранения углеродов для дальнейшего применения и уменьшения отрицательного действия твердой фазы.

Больше всего преимуществ имеет современный комплекс очистки нефтешлама. Осуществляемая этим способом процедура экологически безопасна, но при этом дает возможность получить углеводороды, которые пригодны для последующего применения, производить чистку устаревших резервуаров, ликвидировать токсичные вещества из среды и т. д. Оборудование по комплексной чистке быстро окупается, что, безусловно, еще одно важное преимущество.

Нефтешламы — это опасные отходы, потому требуется их обязательная утилизация. Во время выбора любого конкретного метода для их обезвреживания и переработки необходимо позаботиться об обеспечении безопасности проведения работ, а также невозможности попадания токсичных веществ в окружающую среду.

Экономическая выгода переработки

Переработка буровых отходов приносит выгоду компаниям, которые производят данный процесс, и компании по добыче нефти. Компании получают выгоду по той причине, что используют дешевое сырьё для производства новых продуктов.

Такие продукты имеют высокое качество и хорошо продаются по выгодным ценам. А успешный товарооборот делает перерабатывающий бизнес успешным и прибыльным.

Прибыль крупных нефтяных компаний заключается в том, что нет необходимости в уничтожении амбаров, и не потребуется выплачивать штрафы за принесённый ущерб экосистеме.

Методы его обезвреживания и утилизации

В силу значительного вреда окружающей среде шлам необходимо утилизировать. В странах Европы следующие методы все шире внедряются в промышленность и горнодобывающую сферу:

• Сброс в водоемы или накопители. Техническую воду и жидкую фазу шламов сбрасывают во внешние водоемы, а остатки отправляют для добычи углеводородов из нефтепродуктов. Недостаток этого метода — изменение экосистемы и загрязнение окружающей среды;
• Термическая обработка. Шламы часто подвергаются термической обработке в печах, амбарах, чтобы обезводить остаток и получить битуминозные остатки;
• Химический метод. Для устранения негативных эффектов шламов подключают химические методы и процессы. Например, нейтрализация, отвердение органическими добавками, экстрагирование и так далее;
• Физико-химический метод. Кроме чисто химических методов можно воспользоваться смешанными способами для эффективной утилизации шламов. В зарубежье активно разрабатываются технологические методики на стыке физики и химии. К примеру, изменяют физико-химические свойства шламов в результате реакций или обработки на специальном оборудовании;
• Микробиологическое и биотермическое разложение. Один из малоизученных и перспективных способов — биотермическое разложение микроорганизмами: бактериями, одноклеточными, грибами. Они могут перерабатывать шламы с выделением метана;
• Процессы с отделением отдельных элементов. Шлам — это смесь, поэтому перед утилизацией можно собрать из остатков составляющие для различных целей, например, углеводороды выделяют и применяют в качестве топлива. Таким образом можно добывать металлическую пыль.

Сброс в водоемы или накопители

Для накопления отходов иногда используют внешние водоемы. Как результат, происходит их постепенное загрязнение. Малую часть отходов при этом отправляют на вторичное производство – углеводородов и нефтепродуктов.

Сброс шлама в накопитель

Захоронение шлама на специальных полигонах. Оценка эффективности и целесообразности

Процесс утилизации бурового шлама в данном случае сводится к подготовке отходов, их дальнейшей отправке на участки с целью хранения. Безопасность сырья обеспечивается при условии создания противофильтрационных экранов.

У такого метода есть главный недостаток – большая площадь объектов. Причем полигоны занимают территории, которые могли быть отведены под пастбища, пахотные земли.

Полигон для захоронения шлама

Снижение опасности бурового шлама и использование его для рекультивации земли на месте бурения

Цель применения метода – восстановление свойств грунта. Шлам выступает в качестве инертного носителя для закрепления на нем микроорганизмов-деструкторов, сорбентов. Если это не будет учтено при рекультивации, бактерии постепенно исчезнут на данном участке. Они вымываются вместе с осадками, что останавливает процесс восстановления свойств почвы.

Эффективная технология утилизации – солидификация

Утилизация бурового шлама таким способом предполагает необходимость применения сырья, прошедшего процедуру очистки, с вяжущими компонентами (цементом или другими), а также с сорбентами. Это один из вариантов химического метода переработки.

Его преимущества: связываются опасные компоненты, отмечается переход сырья из одного агрегатного состояния в другое, не подверженное воздействию воды.

Оборудование для солидификации бурового шлама

Пиролиз в низких значениях температуры в установке термической деструкции шламов

Принцип утилизации основан на изменении параметров окружающей среды. Прежде всего, создается бескислородная среда. Вместе с тем повышается температура.  Процесс пиролиза реализуется с целью переработки жидких и твердых отходов. На некоторых этапах воздух подается, но не в камеру с сырьем, а на горелку. При этом получают газ, который может повторно применяться для поддержания работы данного оборудования.

Установка для пиролиза шламов

Осушитель бурового шлама в центрифуге

Цель применения установки – сохранение бурового раствора, снижение объема шлама. Преимуществом метода является снижение затрат на утилизацию отходов, т. к. их становится меньше. Осушитель работает по принципу разделения жидкой, твердой фазы вследствие вращения центрифуги.

4-ступенчатая очистка и сушка шламовой смеси для использования при строительстве буровых площадок

Утилизация бурового шлама таким способом реализуется поэтапно: сырье очищается, из него удаляется жидкие компоненты, для чего применяется четырехступенчатая система. Рекомендованный уровень влажности отходов – 30%. С такими характеристиками его можно применять в качестве грунта при строительстве тела насыпи для обустройства площадки скважины.

Шламохранилище

Шламохранилище (шламонакопитель) — это котлован для сбора и накопления шлама, сточных или технологических вод, образующихся в ходе производственных работ (при бурении нефтяных скважин, обогащении полезных ископаемых). В перечень отходов — растворов, реагентов — входят вещества различной степени токсичности:

• Ртуть;
• Серная кислота;
• Свинец;
• Машинное масло и пр.

При попадании в грунт или водоемы отходы оказывают негативное влияние на состояние окружающей среды и в частности здоровье людей. Кроме того, они могут вступать в реакцию друг с другом и выделять ядовитые летучие вещества.

Чтобы обеспечить экологическую безопасность на территории работ и продлить срок эксплуатации шламонакопителей, на промышленных предприятиях согласно требованиям законодательства (ФЗ № 89, 503) не реже, чем 2 раза в год, проводят работы по очистке и дезинфекции шламохранилищ. Для этого требуется особая техника и оборудование: процесс сооружения шламовых амбаров для сбора опасных отходов отличается от принципа обустройства стандартных котлованов.

Особенности строительства шламохранилищ

Как вам статья?