Аминов, Р. Ф. Влияние буровых растворов в ГНБ (ННБ) на окружающую среду
Влияние буровых растворов в ГНБ на окружающую среду
Руслан Аминов, руководитель экспертной группы МАС ГНБ
На протяжении всей истории применения технологии ГНБ для бестраншейного строительства подземных коммуникаций буровой раствор имеет репутацию источника вреда для окружающей среды. Виновником негативного отношения к нему можно считать «старшего брата» ГНБ – технологию бурения нефтяных и газовых скважин, где действительно используются промывочные жидкости с вредными для экологии ингредиентами. Однако технология ГНБ имеет фундаментальные отличия от «большого» бурения, что сказывается на функциях используемого бурового раствора в ГНБ и, соответственно, на его составе.
Действительно ли буровые растворы в ГНБ вредны для окружающей среды?
Чтобы ответить на этот вопрос рассмотрим, из чего состоит буровой раствор в ГНБ. Согласно актуальной нормативной документации (НТД), регламентирующей производство работ по технологии ГНБ, буровой раствор на 94–98% состоит из пресной воды, соответствующей нормам ГОСТ 23732 [1]. На долю модифицированного бентонита – базового компонента бурового раствора, приходится лишь 2–6% его объема, а суммарная доля всех специальных добавок, регулирующих параметры суспензии, не превышает 1% (на практике используется еще меньше – от 0,1% до 0,5%) [2].
У подрядчиков ГНБ сформировалось устойчивое мнение, что бентонит, как природный глинистый материал, абсолютно безопасен ОС. Однако их оппоненты, представляющие экологические службы и проектные институты, парируют, что в ГНБ не используются бентониты в исходном состоянии. Для использования в ГНБ бентониты предварительно обрабатывают в заводских условиях различными химическими веществами, чтобы модифицировать их до соответствия нормативным требованиям [2]. Таким образом, по их мнению, реальное влияние на окружающую среду буровых растворов на основе модифицированных бентонитов неизвестно.
Что касается полимерных добавок, то дискуссии об их агрессивности или безопасности для окружающей среды не утихают который год. С одной стороны, даже без учета малых концентраций в растворе, типовые полимерные добавки, используемые в ГНБ, кажутся безвредными. Например, аналоги бурового ксантана, применяемые для улучшения реологических характеристик бурового раствора, используются в пищевой промышленности в качестве загустителей. Они являются продуктом жизнедеятельности бактерий Xanthomonas Campestris. А полианионная целлюлоза (далее – PAC) является производным продуктом безвредной для окружающей среды целлюлозы. Вопросы могут возникнуть к синтетическому частично-гидролизованному полиакриламиду (далее – PHPA), который используется в ГНБ в качестве ингибитора активности глинистых частиц. Однако, полиакриламиды используются при водоочистке на предприятиях водоснабжения и водоотведения, что косвенно доказывает их безопасность. Тем не менее, также, как и с модифицированными бентонитами, нам неизвестны конкретные исследования, которые подтвердили бы безопасность применения указанных полимеров.
В связи с этим получение достоверных данных, доказывающих безопасность для окружающей среды буровых растворов с типовыми компонентами в составе при производстве работ по технологии ГНБ, является актуальной задачей на современном этапе внедрения этой техники и технологии. Ее корректное решение позволит сделать обоснованный вывод, что причиной возможного снижения класса опасности бурового шлама может являться исключительно содержание вредных веществ в пересекаемых трассой бурения грунтах. Другими словами, исследование должно доказать, что приготовленные и не смешанные с выбуренной породой буровые растворы в ГНБ относятся к V-му классу опасности (практически неопасные вещества).
Для практической реализации этого проекта в МАС ГНБ было принято решение провести экспериментальную токсилогическую оценку методом биотестирования водных растворов наиболее распространенных на отечественном рынке ГНБ модифицированных бентонитов и типовых полимерных добавок (ксантан, PAC, PHPA) [4].
Биотестирование представляет собой серию экспериментов по определению степени влияния водной вытяжки испытываемого раствора на гидробионты (рачки дафнии, инфузории, цериодафнии, бактерии или водоросли). Через некоторое время (24 – 72 часа) по проценту погибших рачков или перемене плотности водорослей можно сделать вывод о степени опасности проверяемой субстанции, присвоить ей класс. Если гидробионты выживают в анализируемой среде, то делается заключение, что она абсолютно безопасна для окружающей среды и ей присваивается V-й класс опасности [5].
Испытания методом биотестирования проводились в аналитической лаборатории ООО «АЛ «Экомониторинг» (г. Казань).
Мелкие рачки дафнии
Определение класса опасности среды методом биотестирования
Модифицированный бентонит – это комплексный продукт, реальная рецептура которого известна только производителю. Поэтому для получения более детализированного результата, эксперты МАС ГНБ приняли решение провести исследования не с одним «типовым продуктом», а с различными марками бентонита.
Специалисты МАС ГНБ пригласили производителей и поставщиков бентонитов принять участие в исследовании и предоставить образцы своей продукции. Для экспериментов были представлены зарубежные и отечественные образцы модифицированных бентонитов наиболее распространённых на российском рынке ГНБ: UNI-GEL (США), Super Bore 50 LB (США), Horizont PR (РФ), Albrehta MV (РФ), Tehno-CLAY K-15 (РФ), Rea-Max (РФ), Tunnel Gel Plus (ЕС), Super-Bent Easy (ЕС) и Well Gel Premium (ЮВА).
Модифицированные бентониты исследовались в растворах с концентрацией 6%. Идея была проста: если растворы с максимальной возможной по НТД концентрацией окажутся безвредными и им будет присвоен V-й класс опасности, то растворы с меньшими концентрациями модифицированного бентонита так же не будут оказывать негативного влияния на окружающую среду.
Протокол результатов биотестирования 6% р-ра бентонита Tunnel Gel Plus (ЕС)
Результаты токсикологического испытания (Приложение 1 к протоколу результатов биотестирования) 6% р-ра бентонита Horizont PR (РФ).
Результаты биотестирования безоговорочно свидетельствуют об абсолютной безопасности модифицированных бентонитов для окружающей среды – всем испытываемым растворам присвоен V-й класс опасности.
Однако остался вопрос: могут ли полимерные добавки снизить класс опасности бурового раствора?
Так как полимерные добавки в ГНБ (ксантан, PAC, PHPA) не являются комплексными продуктами, то достаточно провести испытания на биотестирование «модельных» продуктов. В качестве моделей в исследовании использовались полимеры производства Universal HDD (США).
Для создания максимально сложных условий испытаний полимерные добавки исследовались не отдельно друг от друга, а в виде смеси в водном растворе с концентрацией, не превышающей нормативный максимум (0,4 % PHPA + 0,3% ксантана + 0,3% PAC). Таким образом, при анализе на биотестирование учитывается фактор снижения класса опасности в результате возможных реакций между компонентами.
Протокол результатов биотестирования смеси из PHPA (0,4 %), ксантана (0,3 %) и PAC (0,3%).
Результаты биотестирования показали, что даже в таких непростых условиях полимерные добавки в ГНБ абсолютно безопасны для окружающей среды.
Заключение
Биотестирование с использованием гидробионтов в качестве индикаторов уровня загрязнения – простой, однако, достаточно точный метод анализа влияния веществ на окружающую среду. И его использование при исследовании влияния компонентов бурового раствора в ГНБ на природу успешно заменяет сложные и дорогостоящие химические анализы.
По результатам проведенных исследований можно сделать экспериментально подтвержденный вывод о том, что модифицированные бентониты и полимерные добавки в ГНБ, независимо от концентраций (в рамках НТД), не представляют абсолютно никакой угрозы для экологии.
Приведенные выше результаты являются лишь первым, но весьма важным шагом на пути снижения административного давления на подрядчиков ГНБ в части утилизации буровых отходов. Для того, чтобы данный вид отходов перестал ассоциироваться с продуктом, отравляющим окружающую среду, профессиональному сообществу необходимо проделать еще много работы. Например, можно пойти по пути наших американских коллег, которые провели полевые испытания по размещению бурового шлама непосредственно в открытом грунте [6], или же найти какие-то свои пути решения этой проблемы. Однако уже сейчас можно обоснованно утверждать – при использовании модифицированных бентонитов и типовых полимерных добавок ни одна инфузория или рачок дафнии не пострадают.
Список источников:
- ГОСТ 23732-2011 Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия.
- СП 341.1325800.2017. Подземные инженерные коммуникации. Прокладка горизонтальным направленным бурением.
- ФЗ № 89 от 24.06.1998. Об отходах производства и потребления.
- Приказ Минприроды России от 04.12.2014 № 536. Об утверждении критериев отнесения отходов к I-V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду.
- ФЗ № 102от 26.06.2008. Об обеспечении единства измерений.
- Josh Daniel, Chad Penn «Can Urban Horizontal Directional Drilling Mud be Land Applied?» - Oklahoma Cooperative Extension Service, PSS-2916