PL229882B1 - Sposób otrzymywania środka poprawiającego właściwości gleby - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania środka poprawiającego właściwości gleby, bazującego na odpadach procesowych z różnych gałęzi przemysłu, zwłaszcza powstających podczas eksploatacji gazu z formacji łupkowych, w tym zwiercin i zużytych płuczek wiertniczych. Środek, uzyskiwany w procesie prowadzonym zgodnie z wynalazkiem wykorzystywany jest do wzbogacania niskowartościowej gleby, w tym do rekultywacji terenów zdegradowanych, zwłaszcza eksploatacją górniczą, która wyłącza taki obszar z użytkowania.

W literaturze specjalistycznej, jak również patentowej, znane są metody otrzymywania preparatów wykorzystywanych do uzdatniania gleby posiadającej słabą jakość. Przykładowo w polskim opisie patentowym o nr PL 216255, przedstawiono metodę wykorzystania strumieni odpadowych pochodzących z odpadów wiertniczych, zawierających płuczki wiertnicze, do otrzymania granulatu pylistego, stanowiącego materiał wyjściowy do poprawy jakości gleby w zakresie zasobności w mikroelementy i związki chemiczne. Do odpadu wiertniczego dodaje się wysokoreaktywne wapno palone, o zawartości korzystnie powyżej 90% CaO, w ilości do 300% wagowych w stosunku do zawartości wody w odpadzie wiertniczym, po czym składniki te miesza się intensywnie aż do rozpoczęcia reakcji egzotermicznej, po czym mieszanie odbywa się przy zwolnionych obrotach aż do zakończenia procesu odparowania wody i uzyskania granulatu pylistego o pH powyżej 12. Rozwiązanie to jest nieekonomiczne i czasochłonne, ze względu na konieczność odparowania dużych ilości wody znajdującej się w płuczce i stosowania bardzo dużych ilości wapna palonego.

Podobne problemy występują przy wykorzystywaniu innego znanego z polskiej literatury patentowej rozwiązania opisanego w zgłoszeniu o nr P-397139. Ujawniono w nim sposób przetwarzania odpadów wiertniczych, zwłaszcza płuczek wiertniczych, które miesza się z aktywnym tlenkiem magnezu w ilości od 1% do 200% wagowo i/lub z solami magnezu w ilości od 1% do 100% wagowo w stosunku do masy tlenku magnezu i/lub z 1,3,5,7-tetraazatricyklo [3.3.1.1] dekanem w ilości od 0,01% do 10% wagowo w stosunku do masy tlenku magnezu, po czym, po uzyskaniu jednorodnej masy wylewa się ją do form lub poddaje granulowaniu w znany sposób, zatłacza się do odwiertów lub wylewa na podłoże, a po związaniu ewentualnie poddaje kruszeniu.

Zużyta płuczka wiertnicza jest także substratem w wynalazku opisanym w dokumencie o nr US 7 272 912, wykorzystywanym do uzyskania żyznej gleby w rejonie szybu wiertniczego. Proces wytwarzania obejmuje zmieszanie odpowiedniej ilości zużytej płuczki wiertniczej w miejscu jej wytwarzania z dojrzałym kompostem, nawozem organicznym i powierzchniową warstwą gleby w celu uzyskania mieszaniny zawierającej zużytą płuczkę wiertniczą na bazie wody, od około 30 do około 150% objętościowych dojrzałego kompostu, od 5 do 20% obj. nawozu organicznego, od 5 do 20% obj. powierzchniowej warstwy gleby, przy czym każdy procent objętościowy odnosi się do objętości zużytej wodnej płuczki wiertniczej obecnej w mieszaninie. Kolejny etap zawiera efektywne ich mieszanie, aby utworzyć mieszaninę o wysokim stopniu jednorodności, a następnie suszenie tej jednorodnej mieszaniny, aby zapewnić żyzną powierzchniową warstwę gleby posiadającą charakterystykę mikrobiologiczną i enzymatyczną podobną jak powierzchniowa warstwa gleby w okolicach szybu wydobywczego. W przypadku tego wynalazku jego wykorzystanie limituje operowanie dużymi masami co wymusza konieczność stosowania aparatury o odpowiednich gabarytach i czas konieczny na suszenie wodnej mieszaniny.

Znany jest również z opisu patentowego nr ATA 18272000 sposób wykorzystania odpadów zanieczyszczonych olejami, zwłaszcza płuczek wiertniczych i odpadów wiertniczych, w celu wyprodukowania podłoża o naturalnych funkcjach gleby w kontrolowanych, tlenowych procesach formujących podłoże, glebę. Odpady są traktowane za pomocą fizyko-chemicznie reaktywnych, mineralnych, organicznych, biochemicznie lub mikrobiologicznie aktywnych składników lub dodatków. Wprowadzane dodatkowe składniki stanowią: piaski, gliny piaszczyste, wydobyta gleba, osady z wymywania żwiru, gruz, gnojowica, trociny, odpady kory, odpadki roślin uprawnych, zielone sadzonki, resztki naturalne i przemysłowe z biomasy, oczyszczone osady komunalne, produkty kompostowe, odpady z biogazu, pulpy, kawałki drewna lub regulatory takie jak siarczany, węglany, azotany lub krzemiany. Dodatki, zanim zostaną zmieszane z odpadami, analizowane są za pomocą ekstrakcji frakcyjnej, aby oznaczyć wymagane stężenia jonów i kombinacje rozpuszczalnej fazy, jak również biodostępność azotu i węgla. Wskazane ilości poszczególnych składników dodawane są do odpadów w celu uzyskania odpowiedniego składu gleby, z uwzględnieniem produktów rozpadu gnilnego składników węglowodorowych mieszanki.

PL 229 882 B1

Jest to skomplikowany proces wymagający wstępnego określania zapotrzebowania gleby rodzimej w składniki, sortowania odpadów i dobierania optymalnego składu końcowej mieszanki.

Stąd też cały czas trwają prace i poszukiwania, aby przy wykorzystaniu odpadów procesowych można było uzyskać produkt przydatny do dalszej eksploatacji, w tym przypadku umożliwiający poprawę właściwości słabych gleb, czy też rekultywację terenów zdegradowanych.

Istota sposobu otrzymywania środka poprawiającego właściwości gleby, w procesie mieszania substratów pochodzących w głównej mierze z przemysłu wydobywczego, polega według wynalazku na tym, że roztwór zużytej płuczki wiertniczej, korzystnie płuczkę bentonitowo potasową, o kwasowości wynoszącej powyżej 8,0 pH i zawierający poniżej 75% obj. wody, lepkości od 1,4 mPas do 2,8 mPas oraz ChZT poniżej 2,7 g O2/L, kontaktuje się z kwasem siarkowym w ilości potrzebnej do obniżenia kwasowości płuczki poniżej pH 5, dodając równocześnie w ilości od 0,5 do 1,5% masowych w stosunku do masy płuczki wiertniczej siarczan żelaza, o zwartości powyżej 19,0% Fe (II) oraz w ilości od 0,05 do 1% masowych, w stosunku do masy płuczki, koagulant posiadający lepkość w granicach od 45 do 55 mPas, korzystnie kopolimer akrylamidu o pH 7, zestalając cząsteczki stałe w większe aglomeraty, po czym tak przygotowaną płuczkę poddaje się odwodnieniu, uzyskując klarowny filtrat usuwany z procesu oraz osad o zawartości wody od 30 do 35%, który to osad łączy się z następującymi komponentami:

a) mieszaniną osadowo wapienną w stosunku masowym 6:1 masy mieszaniny osadowo wapiennej do masy osadu z odwodnienia płuczki w przeliczeniu na kg i o temperaturze niższej od 104°C,

b) organiczną masą zieloną w stosunku masowym 1:4 masy zielonej do masy mieszaniny osadowo wapiennej, o zawartości suchej masy od 91 do 95%, o zawartości białka surowego w ilości od 18 do 30%, oraz włókna surowego od 20 do 25% masowych w stosunku do organicznej masy zielonej,

c) popiołem lotnym w stosunku masowym 2:3 masy popiołu do masy mieszaniny osadowo wapiennej,

d) zwiercinami w stosunku masowym 1:1 masy zwiercin do masy mieszaniny osadowo wapiennej, zawierającymi głównie skały i łupki z przewiercanego materiału rodzimego oraz stosowany płyn wiertniczy, przy czym mieszaninę osadowo wapienną uzyskuje się w procesie mieszania osadu z biologicznej oczyszczalni ścieków o zawartości suchej masy poniżej 25% zawierającej co najmniej 95% węglanu wapnia w suchej masie osadu, z substancją w ilości od 8 do 12% do masy osadów stanowiącą mieszaninę tlenku wapnia i tlenku magnezu, lub będącą tlenkiem wapnia, gdzie zawartość CaO w dodawanej do osadu substancji wynosi od 70 do 98%, korzystnie 85% wagowych.

Zgodnie z wynalazkiem proces wytwarzania mieszaniny osadowo wapiennej prowadzi się korzystnie równolegle do procesu wytwarzania osadu z płuczki wiertniczej. W wynalazku organiczną masą zieloną jest korzystnie masa zielona (odpad) powstająca po procesie ekstrakcji chmielu w procesie ekstrakcji nadkrytycznej ditlenku węgla, zwana wychmielinami.

W wyniku stosowania wynalazku uzyskuje się środek poprawiający właściwości gleby, mający potencjał glebotwórczy, który jest prosty w aplikacji, gdyż wymaga jedynie rozprowadzenia go na powierzchni rekultywowanego terenu. Wykorzystanie wytworzonego zgodnie z wynalazkiem środka do wzbogacania gleby rodzimej, rekultywacji terenu zdegradowanego, ze względu na bogactwo składu aplikowanej mieszanki, przyczynia się do poprawy właściwości fizycznych i chemicznych podłoża, jej żyzności, szczególnie dzięki zastosowaniu składnika powstającego w procesie pozyskiwania chmielu, będącego surowcem o wysokiej zawartości białka oraz składników mineralnych. Zastosowanie lotnych popiołów węglowych poprawia z kolei przewodność hydrauliczną gleby, poprzez agregację, inf iltrację oraz przechowywanie wody w glebie.

Sposób według wynalazku polega na połączeniu w odpowiednich warunkach wstępnie przygotowanych substratów które są łatwo dostępne na rynku, czyli odzyskanego osadu z zużytej płuczki wiertniczej, zwiercin zawierających głównie skały i łupki z przewiercanego materiału rodzimego i płynu wiertniczego, popiołu lotnego, oraz materiału zielonego i wzbogaconego osadu z oczyszczalni.

Przed zmieszaniem powyższych substratów, zgodnie z wynalazkiem, poddaje się wcześniejszej obróbce odpady z płuczki wiertniczej oraz odpady z oczyszczalni. Jest to o tyle istotne, że pozwala na uniknięcie problemów związanych przykładowo z faktem, iż łączenie jakichkolwiek materiałów z płuczką wiertniczą, bez wcześniejszego jej odwodnienia powoduje, że operuje się w procesie dużymi ilościami płynu, co wymaga odpowiednich gabarytowo zbiorników i aparatów. Po wcześniejszym zredukowaniu masy substratu pozyskiwanego z płuczki wiertniczej, dalsze jego mieszanie z innymi substratami nie

PL 229 882 B1 wymaga już wysokonakładowych, wielkogabarytowych mieszalników. Uzyskiwane w przemyśle wydobywczym płuczki wiertnicze odwadnia się z wykorzystaniem standardowych urządzeń, przykładowo w wysokociśnieniowej prasie filtracyjnej, po wcześniejszym ich zakwaszeniu kwasem siarkowym, koagulacji prowadzonej przykładowo siarczanem żelazawym i flokulacji za pomocą odpowiednich koagulantów.

Preparowanie osadu z oczyszczalni wiąże się z koniecznością zachowania reżimu procesowego, wynikającego z faktu iż dodawanie wapna palonego do osadów wiąże się z reakcją egzotermiczną. Stąd też, przygotowanie osadu z oczyszczalni przed połączeniem ich z innymi substratami umożliwia prowadzenie procesu mieszania wszystkich składników bez takich komplikacji, bez rygorów procesowych wymagających kontroli temperatury procesu. A zastosowanie jako substratu spreparowanych osadów z oczyszczalni, wpływa w efekcie końcowym na poprawę żyzności i właściwości fizycznych gleby, zwiększając tym samym masę zieloną pozyskiwaną z uprawy roślin na glebie. Dodatek osadów zmniejsza gęstość objętościową gleby do której wytworzony zgodnie z wynalazkiem środek jest aplikowany, zwiększa jej porowatość i poprawia stabilność strukturalną gleby. Dodanie spreparowanego zgodnie z wynalazkiem osadu jest również korzystne w związku z faktem, iż osady posiadają właściwości bakteriobójcze, umożliwiają wiązanie wody, regulację pH, są źródłem magnezu i krzemionki.

W wytwarzanym zgodnie z wynalazkiem preparacie wykorzystuje się jako substrat także masę zieloną, pochodzącą przykładowo z przerobu szyszek chmielowych, tak zwane wychmieliny, będące odpadem z tego procesu, które znacząco zwiększają zawartość białka oraz składników mineralnych w tworzonym preparacie. Natomiast dodatek popiołów lotnych ze spalania węgla kamiennego w preparacie jest o tyle korzystny, że popioły mają zdolność pochłaniania wody, zdolność chemicznej immobilizacji niepożądanych składników oraz minerały i składniki o potencjale nawozowym.

Sposób wytwarzania środka poprawiającego właściwości gleby przedstawiono w poniższym przykładzie wykonania i na rysunku przedstawiającym schemat blokowy procesu.

P r z y k ł a d litrów zużytej płuczki zawierającej około 75% wody i pH 8,2, przesyłane jest do mieszalnika 1, do którego równocześnie wprowadzany jest 98% kwas siarkowy w ilości 50 g, oraz siarczan żelazawy w ilości 600 g i koagulant w ilości 50 g. Podczas mieszania obniżeniu ulega pH roztworu do wartości pH 5, oraz zachodzi zestalenie koloidalnych cząstek zawartych w roztworze. Strumień z mieszalnika 1 przesyłany jest do aparatury filtracyjnej 2, gdzie następuje odwodnienie płuczki od osadu aż do osiągnięcia zawartości wody w osadzie 32%.

Odwodniony osad z filtracji przesyłany jest do mieszalnika 3, gdzie następuje wymieszanie go z następującymi składnikami wprowadzanymi do mieszalnika 3 : popiołem lotnym w ilości 400 kg, wychmielinami w ilości 150 kg, zwiercinami w ilości 600 kg oraz z odpowiednio spreparowaną mieszaniną osadowo wapienną w ilości 600 kg, posiadającą temperaturę 90°C i zawartość CaO 54 kg. Preparowanie osadu biologicznego odbywa się w oddzielnym zbiorniku 4, gdzie osady ściekowe miesza się z wysokoreaktywnym wapnem palonym o zawartości do 95% CaO.

W wyniku przeprowadzenia powyższych operacji uzyskuje się środek o następujących właściwościach : pH 9, zawartość azotu ogólnego min. 1%, zawartość CaO 7%, posiadający cechy nawozu, tak że po wymieszaniu z warstwą powierzchniową rekultywowanego terenu przyczynia się do poprawy jej struktury.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania środka poprawiającego właściwości gleby, w procesie mieszania substratów pochodzących w głównej mierze z przemysłu wydobywczego, znamienny tym, że roztwór zużytej płuczki wiertniczej, o kwasowości wynoszącej powyżej 8,0 pH, zawierający poniżej 75% obj. wody, o lepkości od 1,4 mPas do 2,8 mPas oraz ChZT poniżej 2,7 g O2/L, kontaktuje się z kwasem siarkowym w ilości potrzebnej do obniżenia kwasowości płuczki poniżej pH 5, dodając równocześnie w ilości od 0,5 do 1,5% masowych w stosunku do masy płuczki wiertniczej siarczan żelaza o zwartości powyżej 19,0% Fe (II) oraz koagulant w ilości od 0,05 do 1% masowych w stosunku do masy płuczki, posiadający lepkość w granicach od 45 do 55 mPas, zestalając cząsteczki stałe w większe aglomeraty, po czym tak przygotowaną płuczkę poddaje się odwodnieniu, uzyskując klarowny filtrat usuwany z procesu oraz osad o zawartości wody od 30 do 35%, który to osad łączy się z następującymi komponentami:

   PL 229 882 B1

   a) mieszaniną osadowo wapienną w stosunku masowym 6:1 masy mieszaniny osadowo wapiennej do masy osadu z odwodnienia płuczki w przeliczeniu na kg i o temperaturze niższej od 104°C,

   b) organiczną masą zieloną w stosunku masowym 1:4 masy zielonej do masy mieszaniny osadowo wapiennej, o zawartości suchej masy od 91 do 95%, o zawartości białka surowego w ilości od 18 do 30%, oraz włókna surowego od 20 do 25% masowych w stosunku do organicznej masy zielonej,

   c) popiołem lotnym w stosunku masowym 2:3 masy popiołu do masy mieszaniny osadowo wapiennej,

   d) zwiercinami w stosunku masowym 1:1 masy zwiercin do masy mieszaniny osadowo wapiennej, przy czym mieszaninę osadowo wapienną uzyskuje się w procesie mieszania osadu z biologicznej oczyszczalni ścieków o zawartości suchej masy poniżej 25%, zawierającej co najmniej 95% węglanu wapnia w suchej masie osadu, z substancją w ilości od 8 do 12% wagowych do masy osadów, stanowiącą mieszaninę tlenku wapnia i tlenku magnezu, lub będącą tlenkiem wapnia, gdzie zawartość CaO w dodawanej do osadu substancji wynosi od 70 do 98%.
2. 2. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że roztwór zużytej płuczki wiertniczej, jest płuczką bentonitowo potasową.
3. 3. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że koagulantem dodawanym do płuczki jest kopolimer akrylamidu o pH 7.
4. 4. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość CaO w substancji dodawanej do osadu wynosi 85%.
5. 5. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że proces otrzymywania mieszaniny osadowo wapiennej prowadzi się równolegle z procesem uzyskiwania osadu z płuczki wiertniczej.
6. 6. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że organiczną masą zieloną jest odpad zielony powstający po procesie ekstrakcji chmielu w procesie ekstrakcji nadkrytycznej ditlenku węgla.