После очистки нефти на производстве остается много высокотоксичных сернисто-щелочных отходов. Один из перспективных вариантов их утилизации — переработка в безвредный дорожный грунт. Но это сравнительно новая технология, поэтому требуются исследования, чтобы понять, как ведет себя такой материал на практике, насколько он пригоден. Из-за специфики климата в России дорожное покрытие зимой промерзает, что может негативно отражаться на его состоянии. Ученые Пермского Политеха изучили, как меняются свойства техногенного грунта из обезвреженных сернисто-щелочных стоков после замораживания и оттаивания, чтобы понять, можно ли использовать его в реальных условиях. Выяснилось, что по показателям такой грунт сопоставим с природным и при этом решает проблему утилизации нефтяных отходов.
В ПНИПУ изучили то, как меняются свойства техногенного грунта из обезвреженных сернисто-щелочных стоков / © wirestock, freepik
Статья опубликована в журнале «Известия вузов. Строительство». Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Токсичные сернисто-щелочные отходы после очистки нефти должны отправлять на обезвреживание и утилизацию, но это достаточно сложный и дорогой процесс, так как химзаводы не всегда находятся рядом с нефтяными предприятиями. Один из перспективных вариантов решения этой проблемы – переработка отходов в материал для устройства дорожных насыпей.
Существует технология, ранее разработанная в Пермском Политехе, по обезвреживанию сернисто-щелочных отходов с получением техногенного грунта, который может быть использован при устройстве земляных сооружений на объектах нефтегазового комплекса.
При проектировании дорожных работ и выбора материалов важно учитывать климатические особенности региона. В России с наступлением зимы дороги начинают промерзать, что приводит к вспучиванию грунта, появлению на нем трещин, ухудшению качества и разрушению. Поэтому необходимо точно знать, как материал ведет себя при подобных нагрузках, чтобы понимать, насколько он пригоден для использования в реальных условиях российского климата.
Ученые Пермского Политеха провели исследования и выяснили, как меняются свойства техногенного грунта из сернисто-щелочных отходов нефтедобычи после циклов замораживания и оттаивания.
Для лабораторных испытаний политехники изготовили образец из обезвреженных нефтяных отходов. Они смешали 400 граммов сернисто-щелочных отходов и килограмм аморфного трепела (вид осадочной породы), затем подвергли их термической обработке при высокой температуре – 700 °С. Таким образом был создан безвредный ячеистый силикатный материал, который не оказывает негативного воздействия на человека и окружающую среду.
– В ходе эксперимента мы замораживали образцы оптимальной влажности (50-60%) в течение 72 часа в морозильной камере при температуре -20 °С, а для оттаивания на то же время их помещали в холодильную камеру, где выдерживалась температура 6 °С. Так повторяли несколько раз. Замеры свойств (прочностных и деформационных) проводили после первого, третьего и десятого циклов, – комментирует Екатерина Гаврилова, ассистент кафедры строительного производства и геотехники ПНИПУ.
– Исследование показало, что замораживание и оттаивание влияет на техногенный грунт примерно так же, как на природный, но интенсивнее: после первого цикла удельное сцепление падает в два раза, потом еще на 15%. Модуль деформации грунта при сжатии сначала тоже уменьшается вдвое, но с третьего по 10 цикл вырастает на 70%. Однако у грунта, полученного из сернисто-щелочных отходов нефтедобычи, есть и свои преимущества: его плотность на 30% ниже, чем у природного – это снижает нагрузку на основание, а высокая гидрофильность, то есть способность впитывать воду, позволяет быстро осушать нижележащие слои. Поэтому данный материал может обеспечить устройство надежных конструкций дорожных насыпей на слабом водонасыщенном основании, – рассказывает Алла Гришина, доцент кафедры строительного производства и геотехники ПНИПУ, кандидат технических наук.
Применение техногенного грунта, изготовленного по технологии ученых Пермского Политеха, позволит экономить природный грунт и улучшить экологию за счет утилизации сернисто-щелочных отходов. Такой материал может производиться вблизи мест добычи нефти и применяться для устройства земляных сооружений на месторождениях, что поможет сократить транспортные расходы.
