【摘要】：頁巖氣是一種新型清潔能源,但其在開發(fā)過程中產(chǎn)生大量的鉆井巖屑,不僅占用大量土地,還存在一定環(huán)境安全風(fēng)險。故本論文基于頁氣田鉆屑理化特性,探索其建材資源化利用關(guān)鍵技術(shù);并解析鉆屑中污染物,確定資源化產(chǎn)品中特征污染物指標(biāo),重點(diǎn)研究了資源化產(chǎn)品中重金屬在環(huán)境介質(zhì)中的釋放與遷移特性,并確定了基于工程實際的鉆屑資源化利用污染控制要求;同時,還研究了不同時期資源化產(chǎn)品對環(huán)境主要微生物群落演替的影響規(guī)律;最后摸索出了可預(yù)警資源化產(chǎn)品中特征重金屬的代表性菌株,進(jìn)一步保證了資源化利用的環(huán)境安全性。主要研究結(jié)果如下:(1)全面剖析了頁巖氣水基鉆屑和油基鉆屑灰渣的理化特性與特征污染物。(1)二者均以鈣硅質(zhì)成分為主,顆粒粒徑集中在30μm左右,具備了作為摻合料的基本條件;同時,其膠砂強(qiáng)度活性指數(shù)分別可達(dá)58.3%和66.4%;非晶態(tài)含量為23%和32.4%,結(jié)合水含量為0.13和0.19,均說明水基鉆屑和油基灰渣確實具有一定的火山灰活性,且油基灰渣活性要優(yōu)于水基鉆屑;(2)水基鉆屑中的苯系物等有機(jī)物均未檢出;油基灰渣的易燃性、反應(yīng)性、腐蝕性、急性毒性與生物毒性均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;同時,結(jié)合其浸出毒性和毒性物質(zhì)含量測試結(jié)果,將銅、鋅、鉻、鉛、鎳和砷作為水基鉆屑與油基灰渣的特征污染物。(2)研究了“鉆屑-水泥-粉煤灰”三元復(fù)合凝膠體系的水化硬化機(jī)理及水化動力學(xué)特征及其對宏觀性能的影響,摸清其資源化利用產(chǎn)品的物理化學(xué)本質(zhì),結(jié)果顯示:(1)免燒磚:水基鉆屑與油基灰渣免燒磚的最佳配比為:0.2kg水泥、0.05kg粉煤灰、0.5~0.625kg水基鉆屑/油基灰渣、0.625~0.75kg機(jī)制砂及適量水,成型壓力約10MPa左右,所制備的產(chǎn)品各項指標(biāo)均滿足《普通混凝土小型砌塊》(GB/T 8239-2014)中的標(biāo)準(zhǔn);(2)混凝土:優(yōu)選出本實驗體系下水膠比為0.52、砂率在41%;此時得出的水基鉆屑混凝土最佳配比為:270kg水泥、70kg粉煤灰、375kg水基鉆屑、1060kg石子、345kg機(jī)制砂、182kg水和5kg的減水劑;油基灰渣混凝土最佳配比為:240kg水泥、30kg粉煤灰、275kg油基灰渣、1060kg石子、590kg機(jī)制砂、175kg水和3.9kg的減水劑;(3)加氣混凝土砌塊:優(yōu)化后的加氣塊配方為:25%~30%粉煤灰、15%~20%水基鉆屑/油基灰渣、20%~30%水泥、15%~20%生石灰和4%的脫硫石膏,且水料比0.61、澆注溫度為40℃、養(yǎng)護(hù)溫度為80℃、養(yǎng)護(hù)時間為24小時。(3)厘清了資源化產(chǎn)品受雨水沖刷、浸泡及破損劣化作用下重金屬浸出可能受到影響的對象,明確環(huán)境保護(hù)目標(biāo),建立了評價場景、研究了資源化產(chǎn)品中重金屬在環(huán)境介質(zhì)中的釋放與遷移特性,并結(jié)合資源化產(chǎn)品中重金屬實測值,得出鉆屑資源化利用的污染控制指標(biāo)與限值,確定了鉆屑資源化利用重金屬釋放控制要求:Cr~(6+)≤0.1mg/L、Cu≤1.0 mg/L、Zn≤1.0 mg/L、Ni≤0.1 mg/L、As≤0.05 mg/L、Pb≤0.1 mg/L。(4)研究了資源化產(chǎn)品在液體培養(yǎng)中的細(xì)菌生長及重金屬預(yù)警情況,開發(fā)出重金屬遷移預(yù)警菌株,進(jìn)一步保證資源化利用的環(huán)境安全性。結(jié)果顯示:(1)枯草芽孢桿菌在資源化產(chǎn)品體系中的生長情況整體呈現(xiàn)促進(jìn)趨勢,且在水基免燒磚、油基混凝土和油基加氣塊環(huán)境中的生長情況要優(yōu)于其他三種產(chǎn)品;培養(yǎng)基中砷的濃度顯著下降,說明枯草芽孢桿菌對砷有較好的耐受及富集作用;(2)大腸桿菌在在資源化產(chǎn)品體系中的生長情況總體呈現(xiàn)被抑制趨勢,且油基免燒磚、水基混凝土和水基加氣塊的吸光度環(huán)境中的生長情況也要優(yōu)于其他三種產(chǎn)品;培養(yǎng)基中重金屬鉛的濃度顯著下降,表明大腸桿菌對重金屬鉛有較好的富集作用;(3)白色念珠菌在資源化產(chǎn)品體系中的生長情況總體呈現(xiàn)被抑制趨勢,且油基免燒磚、油基混凝土和水基加氣塊環(huán)境中的生長情況也要優(yōu)于其他三種產(chǎn)品;培養(yǎng)基中重金屬鉛和鋅的濃度顯著下降,表明白色念珠菌對鉛及鋅有顯著的富集效果。
【圖文】：

圖 3-2 油基鉆屑灰渣的粒徑分布曲線Fig.3-2 Particle size distribution of ODPR由粒徑分布圖 3-1 與圖 3-2 可見，水基鉆屑與油基鉆屑灰渣的顆粒大小相當(dāng)，粒度分布較寬，基本處于 1～100 μm 之內(nèi)，中徑在 40μm 左右，，且油基鉆屑灰渣粒徑要略低于水基鉆屑，故二者其中低于 0.075mm 的部分可作為活性礦物摻合料使用，0.075mm以上部分可作為一種超細(xì)集料使用[81]。

水基鉆屑SEM圖
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X741;TE37

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本文編號：2624053