Zagospodarowanie odpadów wiertniczych w aspekcie ochrony środowiska naturalnego

Transkrypt

1 Zagospodarowanie odpadów wiertniczych w aspekcie ochrony środowiska naturalnego J.Fijał **, A. Jamrozik *, A. Gonet *, St. Stryczek *, L. Czekaj * AGH Akademia Górniczo-Hutnicza * Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu ** Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska 1

2 Agenda 1. Odpady wydobywcze klasyfikacja. 2. Ilość powstających odpadów wiertniczych. 3. Charakterystyka właściwości zużytych płuczek wiertniczych jako wieloskładnikowych i wielofazowych układów koloidalnych. 4. Destabilizacja odpadowych płuczek wiertniczych przy zastosowaniu wielofunkcyjnych nanoi mikrokompozytowych substancji. 5. Nano- i mikrokompozyty w procesach chemicznej degradacji lub immobilizacji związków toksycznych i/lub szkodliwych obecnych w odpadowych płuczkach wiertniczych. 6. Niektóre kierunki zagospodarowania zdetoksykowanych odpadów płuczkowych w środowisku naturalnym. 2

3 Rodzaje odpadów powstających podczas prowadzenia prac wiertniczych klasyfikacja odpadów Grupa 01 Odpady powstające przy poszukiwaniu, wydobywaniu, fizycznej i chemicznej przeróbce rud oraz innych kopalin Podgrupa Płuczki wiertnicze i inne odpady wiertnicze Rodzaje: płuczki i odpady wiertnicze z odwiertów wody słodkiej; * płuczki i odpady wiertnicze zawierające ropę naftową; * płuczki i odpady wiertnicze zawierające substancje niebezpieczne; płuczki wiertnicze zawierające baryt i odpady inne niż wymienione w * i *; płuczki wiertnicze zawierające chlorki i odpady inne niż wymienione w * i *; inne nie wymienione odpady. Oprócz wyżej wymienionych powstają także odpady związane z funkcjonowaniem wiertni, prowadzeniem prac pomocniczych, itp zaliczane do grup: 08, 13, 15, 16, 17, 20. (* odpady niebezpieczne) Źródło: Katalog odpadów - Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 roku w sprawie katalogu odpadów. (Dz. U. Nr 112, poz. 1206) 3

4 Ilość i rodzaj odpadów z podgrupy wytworzonych w latach na terenie Polski Kod odpadu Nazwa odpadu Ilość wytworzona w 2009 r. w [Mg] Ilość wytworzona w 2010 r. w [Mg] Podgrupa Płuczki wiertnicze i inne odpady wiertnicze , , Płuczki i odpady wiertnicze z odwiertów wody słodkiej * Płuczki i odpady wiertnicze zawierające ropę naftową * Płuczki i odpady wiertnicze zawierające substancje niebezpieczne Płuczki wiertnicze zawierające baryt i odpady inne niż wymienione w * i * 447, ,0 15, , , , Płuczki wiertnicze zawierające chlorki i odpady inne niż wymienione w * i * , , Inne nie wymienione odpady 2 781,6 0,0 (* odpady niebezpieczne) Źródło: PIG 4

5 Ilość odpadów powstających podczas prowadzenia prac wiertniczych Z danych przemysłowych wynika, że dla wierceń prowadzonych na złożach konwencjonalnych należy przyjąć, że: 1. na 1 mb otworu wytwarzana ilość odpadów wiertniczych wynosi około 0,6 m 3, 2. średnia ilość powstałych odpadów w postaci zużytych płuczek i zwiercin na jeden otwór do głębokości 3000 m wynosi około Mg. Według Państwowego Instytutu Geologicznego w latach wytworzonych zostanie w Polsce około Mg odpadów wiertniczych w postaci zużytej płuczki i zwiercin. 5

6 Główne źródła zanieczyszczeń w odpadach wiertniczych środki chemiczne używane do sporządzania płuczek wiertniczych (naturalne, semi-, syntetyczne polimery), biocydy, substancje ropopochodne, inhibitory korozji, środki chemiczne używane w dowiercaniu i stymulacji, płyny złożowe (ropa, solanki złożowe). 6

7 Główne składniki polimerowe i makromolekularne odpadowych płuczek wiertniczych 1- minerały ilaste, 2- makromolekularne kwasy huminowe, 3 - ligniny, 4 - karboksymetyloceluloza 7

8 Charakterystyka mineralogiczno-fazowa i mikrostrukturalna odpadów wiertniczych Obraz mikrostruktury SEM odpadu wiertniczego wraz z wynikami analizy pierwiastkowej EDAX. Widoczne blaszki minerałów ilastych. Analiza EDAX świadczy o obecności glinokrzemianów modyfikowanych chlorem i potasem. Pow Dyfraktogram XRD próbki odpadu wiertniczego Q M I K C B K C B B D C Q C Legenda: B - baryt, C - kalcyt, D - dolomit I - illit, K - kaolinit, M - muskowit, Q - kwarc. Q Theta 8

9 Analiza chemiczna próbki odpadu wiertniczego Składniki Zawartość składników (% wag.) Część rozpuszczalna w H 2 O (% wag.) SiO 2 Al 2 O 3 CaO MgO Fe 2 O 3 Na 2 O K 2 O BaO SrO P 2 O 5 47,1 0,084 12,37 0,02 10,81 0,056 1,47 0,012 5,66 0,0027 2,89 0,0251 3,17 0,216 1,14 0,0007 0,11 0,0015 0,08 nie oznaczono SO 3 0,214 0,13 C org 1,61 0,077 CO 2 8,01 0,25 MnO 0,07 nie oznaczono TiO 2 0,11 nie oznaczono Zn 0,0425 0,00014 Pb 0,0043 <0,0001 Cd 0,00013 <0,0001 Cr 0,017 <0,0001 Ni 0,0021 <0,0001 Cu 0,0042 0,00003 Cl 0,45 0,34 F 0,00048 nie oznaczono NH 4 0, ,0001 Międzynarodowa H 2 O - Konferencja Naukowo-Techniczna 0,72 i Wystawa NOWOCZESNE nie oznaczono METODY PRAC POSZUKIWAWCZYCH 9 H O - 4,14 nie oznaczono

10 Cykl obiegu odpadów wiertniczych 10

11 Mikrostruktura zużytych płuczek wiertniczych Schemat mikrostruktury micelarnych układów koloidalnych zużytych płuczek ze wskazaniem rozmieszczenia substancji zanieczyszczających, w tym substancji węglowodorowych i elektrolitów, 1 roztwory porowe, 2 skupienie substancji węglowodorowych we wnętrzu mikrostruktury organiczno-ilastych agregatów. 11

12 Analizowane wartości Analizy porozymetryczne modyfikowanych odpadowych płuczek Symbol próbki DM-C1 DM-C2 DM-C3 S-O DM-O DM-C-S Całkowita pojemność porów (cm 3 /g) Całkowita powierzchnia porów (m 2 /g) Uśredniona średnica porów ( m) Porowatość N = (q D -q S /g s ) (%) Pojemność sorpcyjna makroporów (cm 3 /g) Pojemność sorpcyjna mezoporów (cm 3 /g) 0,187 0,290 0,108 0,1861 0,115 0,321 4,471 2,804 2,529 6,169 2,665 1,246 0,168 0,414 0,171 0,1207 0,173 1,029 28,5 45,42 15,83 23,53 23,44 43,56 0,128 0,240 0,076 0,138 0,074 0,276 0,059 0,050 0,032 0,046 0,041 0,045 Legenda: produkty destabilizacji odpadowych płuczek wiertniczych nanokompozytami (DM-C1, DM-C2, DM-C3) oraz próbek gleby (S-O), odwodnionego odpadu wiertniczego (DM-O) i produktu reakcji odpad gleba (DM-C-S) 12

13 Rozkład objętości porów A B Wykresy rozkładów objętości porów w funkcji średnicy przestrzeni porowatych wyznaczone dla próbek układu odpad gleba (A), gleby porównawczej (B), i odpadowej płuczki (C). C 13

14 Obrazy mikrostruktury SEM Obrazy mikrostruktury SEM produktu kompleksacji zużytej płuczki przez wielofunkcyjny reagent. 14

15 Próbka Analiza granulometryczna przetworzonych odpadów płuczkowych Frakcja dominująca Frakcja podrzędna Frakcja akcesoryczna DM-O 5 20 m m < 5 m DM-C m < 100 m DM-C m m < 5 m DM-C m 15

16 Wyniki analiz chemicznych odpadów płuczkowych zanieczyszczonych węglowodorami po procesie detoksykacji Wskaźnik Jednostka Kod próbki SD-O SD-D1 SD-D3 SD-D4 Suma benzyn (węglowodory C 6 -C 12 ) mg/kg s.m. 23 2,7 1,5 0,7 Olej mineralny mg/kg s.m. 0, , , , Suma węglowodorów aromatycznych mg/kg s.m. < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,5 BTEX Benzo(glu)perylen mg/kg s.m. < 0, Benzo(a)piren mg/kg s.m. < 0, Fluoranten mg/kg s.m. <0, Naftalen mg/kg s.m. 1, Fenantren mg/kg s.m. 1, Antracen mg/kg s.m. < 0, Chrysten mg/kg s.m. < 0, Benzo(a)antracen mg/kg s.m. 8, Suma WWA mg/kg s.m. 11,1 3,58 2,87 1,1 16

17 Aktywność mikrobiologiczna otrzymanych kompozytów Skumulowane średnie wartości aktywności mikrobiologicznej gleb 17

18 Agenda Chemiczna detoksykacja Detoxication windrows Teren przed remediacją Po remediacji Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna i Wystawa NOWOCZESNE METODY 18 PRAC POSZUKIWAWCZYCH

19 Podsumowanie 1. Opracowano sposób modyfikacji i wykazano wysoką użyteczność wielofunkcyjnych, nano- i mikrokompozytowych reagentów zarówno w procesach: - destabilizacji polimerowo-mineralnych zużytych płuczek wiertniczych z wytworzeniem zagregowanych mikrostruktur, -w reakcjach chemicznych umożliwiających degradację, utlenienie bądź immobilizację substancji toksycznych i/lub szkodliwych obecnych w środowisku zużytych płuczek, a w szczególności związków węglowodorowych, biocydów i metali ciężkich. 19

20 Podsumowanie 2. Opracowano i wdrożono bezpieczną dla środowiska gruntowo-wodnego technologię utylizacji odpadowych płuczek wiertniczych, które po destabilizacji i detoksykacji znajdują zastosowanie w rekultywacji terenów poprzemysłowych, w tym obszarów zdegradowanych podczas prac wiertniczych. 20

21 Aleksandra Jamrozik, Jerzy Fijał, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie 21