التحلل الضوئي المحفز بضوء الشمس للهيدروكربونات النفطية الكلية باستخدام بقايا مخلفات الحفر المحللة حراريًا: الكفاءة والآليات

تواجه عمليات حفر آبار النفط والغاز العميقة تحديًا بيئيًا متصاعدًا يتمثل في فتات طين الحفر الملوث بالمواد العضوية، إذ تتولد منه كميات ضخمة من المخلفات مرتفعة كلفة النقل ومعقدة الملوثات العضوية في تركيبها، ويشكل التخلص التقليدي منها عبئًا اقتصاديًا وبيئيًا على شركات النفط والغاز والمجتمعات المحيطة بمواقع الحفر، في وقت تشتد فيه الحاجة إلى حلول معالجة في الموقع منخفضة الكلفة ومستدامة تعتمد على موارد متاحة محليًا

وتبرز بقايا مخلفات الحفر المحللة حراريًا، وهي الناتج الصلب المتبقي بعد المعالجة الحرارية لهذه المخلفات، بوصفها مادة مرشحة للتوظيف القيمي بدل التخلص منها، لاحتوائها على معادن انتقالية قد تحفز تفاعلات أكسدة متقدمة، فإذا اقترنت ببيروكسيد الهيدروجين وحمض الأكساليك وضوء الشمس أمكن بناء نظام تحفيز ضوئي منخفض الكلفة يحلل الهيدروكربونات النفطية الكلية في الفتات الملوث في موضعه ذاته، وهو ما يقلب المخلف من عبء بيئي إلى مورد معالج للتلوث الذي شارك في صنعه

أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها

هدفت هذه الدراسة إلى تطوير تقنية تآزرية منخفضة الكلفة للتوظيف القيمي لبقايا مخلفات الحفر المحللة حراريًا والمعالجة في الموقع لفتات الحفر الملوث بالنفط، واقترحت نظامًا تحفيزيًا ضوئيًا ثلاثيًا يتكون من هذه البقايا وبيروكسيد الهيدروجين وحمض الأكساليك يعمل تحت الإشعاع الشمسي الطبيعي، وأجرت تحسينًا منهجيًا للجرعات المثلى لمكونات النظام الثلاثة، وقاست كفاءة تحلل الهيدروكربونات النفطية الكلية عبر تركيزات ابتدائية مختلفة للتلوث، وحللت آليات التحلل عبر رصد التفاعلات الشبيهة بتفاعل فنتون ودور حمض الأكساليك في تدوير أكسدة المعادن واختزالها وتوليد الأنواع الأكسجينية التفاعلية المسؤولة عن تفكيك الملوثات العضوية، وروعي في تصميم التجارب محاكاة ظروف التلوث الحقلية من حيث تركيب الفتات وتركيزات الملوثات السائدة في مواقع الحفر الفعلية

ثانيًا: أبرز النتائج

أثبت النظام الثلاثي فعالية واضحة تحسنت بتحسين الجرعات وبدور حمض الأكساليك على وجه الخصوص، وتتلخص أبرز النتائج فيما يأتي

1. حدد التحسين المنهجي الجرعات المثلى لمكونات النظام عند 250 ملليغرامًا من بقايا مخلفات الحفر المحللة حراريًا و280 ملليغرامًا من بيروكسيد الهيدروجين و90 ملليغرامًا من حمض الأكساليك

2. عززت إضافة حمض الأكساليك أداء الأكسدة بالتحفيز الضوئي تعزيزًا كبيرًا، إذ رفعت استخدام بيروكسيد الهيدروجين بنسبة 63.8 في المئة وحسنت تحلل الهيدروكربونات النفطية الكلية بمعامل قدره 3.03 أضعاف مقارنة بالنظام من دونه

3. في ظل الظروف المثلى وبعد سبعة أيام من الإشعاع الشمسي تحققت كفاءات تحلل تراوحت بين 65.19 و88.66 في المئة لتركيزات ابتدائية من الهيدروكربونات النفطية الكلية تراوحت بين 5000 و12000 ملليغرام لكل كيلوغرام

4. كشف تحليل الآليات أن التفاعل الشبيه بفنتون بين المعادن الانتقالية في بقايا المخلفات وبيروكسيد الهيدروجين هيمن على العملية التحفيزية، بينما يسر حمض الأكساليك تدوير الأكسدة والاختزال للمعادن عبر التنسيق ونقل الإلكترونات، معززًا التوليد المستدام لجذور الهيدروكسيل التفاعلية

ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها

تقدم هذه النتائج مسارًا عمليًا مزدوج المنفعة لقطاع النفط والغاز، فهي تحول بقايا مخلفات الحفر من نفاية مكلفة إلى عامل تحفيز فعال، وتوفر في الوقت نفسه معالجة شمسية في الموقع لفتات الحفر الملوث تخفض كلف النقل والمعالجة الخارجية ومخاطرهما، وتلائم هذه المقاربة المناطق المشمسة ومنها مناطق إنتاج النفط العربية التي تعاني تراكم مخلفات الحفر حول حقولها عبر عقود من النشاط، مع ما تستدعيه من دراسات لاحقة للتحقق من الأداء ميدانيًا على نطاقات أوسع وفي ظروف تربة ومناخ متنوعة قبل التعميم الصناعي الكامل، كما أن اعتماد ضوء الشمس مصدرًا للطاقة يخفض البصمة الكربونية للمعالجة ويجعلها خيارًا متوافقًا مع توجهات الاستدامة في الصناعات الاستخراجية

وخلاصة القول إن النظام التحفيزي الضوئي الثلاثي المبني على بقايا الحفر المحللة حراريًا يقدم مقاربة مجدية ومستدامة للتوظيف عالي القيمة لمخلفات الحفر ولمعالجة الفتات الملوث بالنفط بضوء الشمس في موضعه، ويبرهن على أن التفكير الدائري في إدارة المخلفات الصناعية قد يحول أكثر المواد إزعاجًا من الناحية البيئية إلى أدوات لمعالجة التلوث ذاته واستصلاح المواقع المتضررة