Известно, что при бурении скважин происходит сильное загрязнение почвы и воды буровыми шламами, содержащими углеводороды, тяжелые металлы, полимеры, а разлив нефти при ее добыче сопряжен с рядом негативных явлений, приводящих к разрушению почвы и «замазученности» огромных территорий.
Нефтяные шламы формируются в результате сброса в специальные амбары стойких эмульсий, отходов, образующихся в процессе подготовке нефти, продуктов зачистки резервуаров. Значительная часть отходов улавливается из канализационных линий, с площадок обслуживания оборудования, насосов, а также с мест аварий.
Исследованием свойств нефтяных шламов и разработкой способов их утилизации заняты ученые во всем мире. Весьма интересный способ использования нефтяных отходов для производства дорожно-строительных материалов разработали, к примеру, в Казахском национальном университете. Объектами исследования служили нефтешлам из верхнего слоя и загрязненный нефтью грунт из нижнего слоя амбара с нефтью, разлитой при разрыве магистрального нефтепровода Жетыбай-Узень-Атырау.
Извлечение органической части из нефтеотходов осуществляли экстракционным и термическим методами, а также на стационарной лабораторной установке термической переработки. Групповой состав извлеченной нефти определяли методом адсорбционной хроматографии. Физико-химические характеристики и компонентный состав образцов приведены в таблице 1.
Таблица1. Физико-химические характеристики и компонентный состав нефтяных отходов
Показатели | Нефтяные отходы | ||
нефтешлам | загрязненный нефтью грунт | ||
Плотность, кг/м3 | 1260 | 1665 | |
Компонентный состав, мас.%:
|
81,8 10,2 8,0 |
23,6 1,2 75,2 |
|
Температура застывания, ºС | +40 | +36 |
Выделенная из нефтешлама нефть содержит парафино-нафтеновые (40,84%), ароматические углеводороды (26,08%). Для нефти характерно значительное преобладание петролейно-бензольных смол (11,46%) над бензольными и спирто-бензольными смолами (4,33% и 4,53% соответственно). Содержание асфальтенов в нефтешламе составляет 12,76%. Таким образом, нефть, выделенная из нефтешлама экстракцией спирто-бензолом, отличается от обычных нефтей высоким содержанием парафинов, асфальто-смолистых веществ, что существенно затрудняет ее переработку.
Органическая часть загрязненного нефтью грунта представлена незначительным содержанием парафино-нафтеновых (6,49%) и высоким содержанием ароматических масел (28,12%). По сравнению с нефтью из нефтешлама очень высоко количество смол: петролейно-бензольные - 35,8%, спирто-бензольные – 14,57%, бензольные – 3,09%. Количество асфальтенов составляет 11,91%. Углеводородная фракция загрязненного грунта, таким образом, по составу может быть отнесена к высокосмолистым нефтям.
Казахскими учеными были проведены исследования твердых остатков после термического извлечения органической части на их пригодность в качестве компонентов холодных асфальтобетонных смесей. Твердый остаток, содержащий 15-20 мас.% нефтепродуктов в холодном состоянии, перемешивали с природным песком в количестве 30% по массе и ракушечной пылью в количестве 20-26% по массе (пыль ракушечника используется в качестве минерального наполнителя). В смесь добавляли горячий жидкий битум БНД 90/130 (4-5%по массе), смешивали в течение 15 мин до получения однородной вязкой массы.
В таблице 2 представлены физико-химические свойства асфальтобетонных смесей. Как видим, они соответствует требованиям ГОСТ 9128-84.
Таблица 2. Физико-механические показатели асфальтобетонных смесей
Физико-механические свойства | Смесь | ГОСТ 9128-84 | |
1 | 2 | ||
Удельный вес, г/см3 | 2,18 | 2,2 | - |
Водонасыщение, об% | 5,4 | 5,0 | 5,0 – 9,0 |
Набухание, об% | 0,6 | 0,4 | Не более 2,0 |
Предел прочности при сжатии, 20º С, кгс/см2 | 12,2 | 12,4 | Не менее 12 |
Коэффициент водостойкости | 0,62 | 0,63 | Не менее 0,6 |
На первой стадии остатки нефти лишь разбавляют применяемый битум, прочность асфальтового покрытия возрастает за счет последующего окисления на открытом воздухе и увеличения вязкости битума.
Преимуществом асфальтобетонной смеси является низкая стоимость и уменьшение количество добавляемого битума. Результаты исследований дают основание рассматривать целесообразность промышленного получения битума и асфальтобетона из нефтеотходов, что позволило бы превращать вредные для окружающей среды соединения в ценные и безопасные продукты.