Результат интеллектуальной деятельности: Смесь почвенная для рекультивации нарушенных земель

Изобретение относится к композиционным строительным материалам, изготовленных из промышленных отходов (бурового шлама), которые могут быть использованы для решения экологических проблем, связанных с рекультивацией нарушенных земель, шламонакопителей, полигонов коммунальных или промышленных отходов.

Известен способ обезвреживания отработанных буровых шламов, основанный на обезвоживании в естественных условиях, при этом отработанный буровой шлам извлекают экскаватором из земляных амбаров на ровную поверхность, просушивают на солнце, вносят для связывания солей тяжелых металлов в труднорастворимые формы и для загустения шлама гипс, затем добавляют в просушенную прогипсованную массу навоз или торф, активированный минеральными удобрениями для активизации биологических процессов, просушивают массу в естественных условиях до достижения влажности 8-14% и уменьшения ее в объеме в 6-8 раз, после чего срезают бульдозером и на тяжелых по механическому составу почвах при мощности подстилающего слоя от 15-20 м и более снова размещают в амбарах и уплотняют, потом засыпают минеральным грунтом слоем толщиной не менее 1,5-2,5 м, а сверху толщиной 20-40 см насыпают плодородный слой, а при легких по механическому составу почвах - обезвреженный и просушенный буровой шлам вывозят для захоронения на полигоны промышленных отходов (см. патент РФ № 2379137, МПК В09С 1/10, 2010).

Недостатками известного способа является следующее. Для приготовления композиционного материала необходима просушка бурового шлама на солнце, что применимо не во всех климатических условиях. Основное предлагаемое применение получаемого продукта – размещение в амбарах или захоронение на полигонах промышленных отходов – не способствует решению проблемы ресурсосбережения.

Известен композиционный материал (варианты) для использования как в дорожном строительстве в качестве строительного материала с повышенной прочностью и устойчивостью к ветровой и водяной эрозии, так и в качестве почвогрунта, который включает в себя буровой отход, вспененную и отвержденную формальдегидную смолу, минеральный наполнитель, обожженный буровой отход, кальцийсодержащую добавку и/или натрийсодержащую добавку, причем в качестве минерального наполнителя используют минеральный наполнитель, выбранный из группы, содержащей песок и/или дробленый гранит, кроме этого он дополнительно содержит торф, двойной суперфосфат и карбамидную смолу, бактериологический препарат, состоящий из углеводородокисляющих бактерий, в качестве бактериологического препарата, состоящего из углеводородокисляющих бактерий, используют консорциум микроорганизмов ARTHROBACTER OXYDANS и PSEUDOMONAS PUTIDA (см. патент РФ № 2408626, МПК C08L 61/00, C04B 28/04, C04B 16/08, C04B 18/04, E01C 3/04, 2011).

Недостатками данного композиционного материала является использование большого количества добавок, которые могут быть доступными не во всех регионах. В качестве одной из добавок предлагается использование обожженного бурового отхода, полученного путем обработки бурового отхода в установке или на открытом воздухе горячей температурой, равной 50-3000°С, в зависимости от условий, в которых осуществляется обжиг. При этом термическая обработка бурового шлама позволяет снизить содержание только углеводородных компонентов в составе шлама, а также сопровождается негативным воздействием на окружающую среду за счет выбросов продуктов горения.

Известна также смесь почвенная для рекультивации нарушенных земель, содержащая буровой шлам, песок, торф и гипсосодержащие активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки (см. патент РФ № 2491135, МПК В09В 1/00, 2013). Используемая в качестве верхнего рекультивационного слоя смесь содержит, об.%: буровой шлам - 35-50%, песок или супесчаный грунт - 20-30%, торф - 27-32,5%, остальное - активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки, в том числе гипс или фосфогипс в количестве 1,5-2% от ее объема. В качестве обезвреживающих добавок предлагается использовать на выбор: алюмосиликатный, угольный сорбент, биопрепараты «Нефтедеструктор», «Центрин», минеральные, органические, гуминовые удобрения.

Указанный материал обладает следующими недостатками: применение большого количества торфа (до 32%) расточительно. Недостаточно высока доля использования бурового шлама (35-50%). Кроме того, необходимость использования двух типов смесей для нижнего и верхнего рекультивационного слоя, вместо одной, усложняет процесс использования смеси.

Задачей изобретения является разработка смеси почвенной, более простой в использовании с меньшим объемом использования торфа и большем содержании бурового шлама.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в упрощении процедуры использования смеси, повышении экологической безопасности композиционного материала, получаемого из промышленного отхода – бурового шлама, с повышением доли его использования и более эффективном использовании местных, характерных для нефтедобывающих районов Сахалина, природных ресурсов – торфа и цеолита.

Указанный технический результат достигается за счет того, что смесь почвенная для рекультивации нарушенных земель, содержащая буровой шлам, песок, торф и гипсосодержащие добавки, отличается тем, что гипсосодержащие добавки включают цеолит и органо-минеральное удобрение, при этом названные компоненты использованы в составе смеси при следующем содержании, объемн.%:

буровой шлам - 50-60%,

песок - 10-15%,

торф - 8-15%,

гипс - 4-8%,

цеолит – 10-15%,

органо-минеральное удобрение - 2-4%.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом использование бурового шлама позволяет обеспечить его эффективную утилизацию.

Песок используется в качестве минеральной добавки для снижения вязкости.

Торф выполняет протекторную функцию за счет наличия гуминовых веществ, которые связывают тяжелые металлы и органические токсиканты за счет реакций, в которые вступают гуминовые кислоты. Образование комплексов с гуминовыми веществами переводит тяжелые металлы в низкотоксичную малоподвижную форму.

Гипсосодержащие добавки включают цеолит, использование которого в качестве сорбента позволяет улучшить эффективность обезвреживания бурового шлама за счет сорбции тяжелых металлов, углеводородов разных типов, а также улучшить свойства получаемого грунта за счет привнесения в смесь внекаркасных катионов металлов цеолита благодаря его высокой ионообменной способности.

Гипс применяется для нейтрализации щелочной реакции бурового шлама, его загустения и превращения в эффективный структурообразующий коллоидный комплекс, а также для образования труднорастворимых солей тяжелых металлов. При этом улучшается фильтрация и воздухопроницаемость смеси.

В результате взаимодействия цеолита и гипса в составе смеси уменьшается пористость, что позволяет увеличить прочность и уменьшить проницаемость отвержденного материала для агрессивной среды.

Совместное использование цеолита и торфа, являющихся неорганическим и органическим детоксикантами соответственно, оказывает более положительное действие, чем их использование по отдельности. Цеолит также способствует уплотнению торфомассы и уменьшению скорости вымывания питательных веществ в сравнении со смесью без цеолита.

Органо-минеральное удобрение нейтрализует рН, улучшает плодородие материала при рекультивации.

В качестве органо-минерального удобрения можно использовать, например, органо-минеральное комплексное удобрение по патенту РФ № 2490241.

Для приготовления смеси используют композиты (цеолит, торф, песок, гипс, органо-минеральное удобрение) однородные по своему составу, и буровой шлам на углеводородной основе. При этом могут использоваться как цеолиты Сахалинских месторождений, так и искусственные цеолиты типа NaX и им подобные. Буровой шлам перемешивают для усреднения состава по всему объему хранилища, либо по отдельным секциям. Затем в буровой шлам добавляют песок, смесь торфа с органо-минеральным удобрением, осуществляют перемешивание. После этого в смесь добавляют цеолит и гипс, производят окончательное перемешивание смеси и ее выдержку в амбаре или хранилище в течение 2 месяцев. Готовую почвенную смесь вынимают из амбара или хранилища и транспортируют к месту использования, где укладывают в качестве рекультивационного слоя нарушенных земель или шламонакопителя, либо в качестве промежуточного или рекультивационного слоя полигонов коммунальных или промышленных отходов, затем уплотняют.

Примеры получения и использования почвенной смеси.

Пример 1. Композиционную почвенную смесь получают следующим образом. Буровой шлам на углеводородной основе (60 объемн.%) перемешивают для усреднения состава по всему объему хранилища, либо по отдельным секциям.

Затем в буровой шлам добавляют (объемн.%): песок – 12, смесь торфа с органо-минеральным удобрением (торф – 8 и органо-минеральное удобрение – 2) осуществляют перемешивание. После этого в смесь добавляют (объемн.%): цеолит – 10 и гипс – 8, производят окончательное перемешивание. Полученную смесь выдерживают в течение 2 месяцев, затем используют в качестве промежуточного слоя (перекрытие) при формировании полигонов коммунальных или промышленных отходов.

Пример 2. Композиционную почвенную смесь получают последовательным перемешиванием бурового шлама на углеводородной основе (52 объемн.%) со следующими компонентами (объемн.%): песок – 10, торф – 14, гипс – 6, цеолит – 15, органо-минеральное удобрение – 3. Полученную смесь выдерживают в течение 2 месяцев, затем используют в качестве рекультивационного слоя для нарушенных земель, шламонакопителей, полигонов коммунальных или промышленных отходов.

Пример 3. Композиционную почвенную смесь получают последовательным перемешиванием бурового шлама на углеводородной основе (50 объемн.%) со следующими компонентами (объемн.%): песок – 15, торф – 15, гипс – 4, цеолит – 12, органо-минеральное удобрение – 4. Полученную смесь выдерживают в течение 2 месяцев, затем используют в качестве рекультивационного слоя для нарушенных земель.

При повышении содержания бурового шлама в смеси 60% и более ее использование для рекультивационного слоя не рекомендуют, т.к. при таком большом содержании бурового шлама соответственно будет и высокое содержание нефтепродуктов, то есть рекультивировать такой смесью шламовый амбар, в котором уже содержатся нефтепродукты нерационально. Если рекультивировать полигон – то смесь будет слишком вязкая, и из нее вещества будут легче вымываться. Для улучшения структурированности и снижения вязкости в смесь вводят большее количество гипса и песка.

При пониженном содержании бурового шлама в смеси целесообразно добавление большего количества торфа и цеолита (наиболее дорогостоящие композитные материалы из всех остальных, входящих в состав смеси) для более эффективного снижения токсичности, и использование смеси в качестве рекультивационного слоя.