ИНДУСТРИАЛЬНАЯ ОЧИСТКА НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ И ВОДНЫХ АКВАТОРИЙ В РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ РЕГИОНАХ Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

70

УДК 628.16 программа «Экология и охрана окружающей

природной среды», включающая решение вопросов по основным направлениям: совершенствование технологических

процессов, разработка и внедрение перспективных и прогрессивных технологий новых видов адсорбентов, сорбирующих изделий, материалов, мелиорантов,

аэрантов-агрохимикатов, устройств, средств и способов очистки нефтезагрязненных объектов в системах действующих и проектируемых промысловых и магистральных нефтепроводов, промышленных предприятий. В основе концепции организации и производства природоохранных работ в рамках экологической политики проведены следующие научно-исследовательские опытно-

конструкторские работы:

• проведение оценки антропогенного воздействия на естественные экосистемы в результате разливов нефтепродуктов, включая арктические районы;

• создание специальных высокоэффективных гидрофобных адсорбентов, полимикробных сорбентов, формовочных композиционно -сорбирующих изделий: матов, бон, фильтропластов, бумерных рукавов-ковриков, также технических средств, устройств эко-комплектов наборов аварийного реагирования НАР;

•внедрение технологий возрождения природы с разработкой регламентов работ по индустриальной очистке, консервации нефтезагрязненных объектов и рекультивации (т.е. биовосстановления) нарушенных земель; •разработка проектов рекультивации, нефтезагрязнённых территорий и водных акваторий с применением «фьюжн» технологий;

С учетом предъявляемых современных требований и международных стандартов в рамках программы «Экология и охрана окружающей среды» был проведен комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию и внедрению в производство высокоэффективных нефтепоглощающих полимерных сорбентов серии «Сибэкосорб», «Меном», «Меном-Арк-ойл», «Униполимер-Био» и т.д. В настоящее время разработана технология и оборудование для производства указанных полимерных сорбентов.

Выпускаемые из многоцелевых полимерных композиций сорбенты в виде крошки, гранулированных капсул с иммобилизацией полимикробных культур, матов

изготавливаются из отечественного сырья по безотходной технологии по 3-5 компонентной схеме из специальных синтезированных тестированных смол и реагентов (АВОС), (АВОМ). Указанные сорбенты

изготавливаются по Лицензиям № Г773446 рег. № 24/М/01/0126/15Л, № 773462 рег. №

ИНДУСТРИАЛЬНАЯ ОЧИСТКА

НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ И ВОДНЫХ АКВАТОРИЙ В РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ РЕГИОНАХ

© Мелкозеров Владимир Максимович1

'кандидат технических наук, Сибирский федеральный университет, Институт Севера и Арктики, г. Красноярск

В данной статье проведен анализ применимости сорбентов в природоохранных мероприятиях при очистке нефтезагрязненных почв и водных акваторий, показана возможность импортозамещения на рынке сорбентов. Рассмотрены возможности замены в процессе производства конкурентоспособных полимерных сорбентов серий «Сибэкосорб», «Униполимер-М», «Месорб», «Меном-Арктик», «Меном- Арк-ойл», включающие

дорогостоящие ингредиенты на отходы производства. В качестве отходов производства рассмотрены отходы заводов Красноярского края, утилизация которых является весьма дорогостоящей. Подробно рассмотрен технологический процесс получения полимерных сорбентов. Сорбционная способность сорбентов проверена на ряде нефтепродуктов и их производных, а также жидких химических веществ. Предложены области эффективного применения полимерных сорбентов в нефтеналивных и транспортных комплексах, включая автотранспорт, речной и железнодорожный транспорт в нефтегазовом комплексе, промышленности, транспорте АЗС и т. д.

Ключевые слова: сорбенты, очистка почвы, очистка водных акваторий, полимерные сорбенты, отходы производства.

Широкая линейка сорбентов предназначена для локализации и очистки поверхностей грунтов и гидросферы, оборотной и технологической воды, ЛВЖ, растворителей, токсичных, ядовитых, химических, агрессивных и радиоактивных соединений, а также растворенных ионов тяжелых металлов при проведении плановых, профилактических мероприятий и возникновении аварийных чрезвычайных техногенных ситуаций сопровождающихся пожарами. В целях стабилизации экологической обстановки, определения стратегических задач и экологической политики России на 2022-2030 гг. создана инженерная ассоциация агробиосорбционных технологических

кластеров, где разработана комплексная

71

24М/01/0140/15Л согласно технологическим регламентам по ТУ, МУ и отраслевому стандарту на пеногенерирующих или газожидкостных модульных установках различных модификаций. Оригинальность разработанных установок заключается в том, что производство сорбентов можно осуществлять как в стационарных, так и в полевых условиях по месту потребления.

Выпускаемые сорбенты представляют собой мезапористые синтетические термореактивные олеофобные материалы с открытой ячеистой развитой структурой (количество открытых пор достигает 87% и более) бело-розового цвета, обладающие высокой сорбционной ёмкостью 50-67 г/нефть/г/сорб, к широкому спектру углеводородных материалов, избирательной способностью к сорбированию растворенных ионов тяжелых и цветных металлов, большой удельной развитой поверхностью, скоростью сорбции, 100% плавучестью, отсутствием десорбции высокой степени очистки воды 98% и выше.

Указанные сорбенты относятся к классу сорбентов искусственного происхождения и по своим технико-экономическим показателям не уступают, а даже превосходят как отечественные сорбенты, так и зарубежные. Кроме того, сорбенты являются патентоспособными, т.е. имеют патентную чистоту среди потенциальных конкурентов. Технико-экологические расчеты при создании нормативного запаса сорбентов базируются на основных требованиях, которые устанавливают максимальный объем работ по плановой очистке загрязненных объектов от нефти и нефтепродуктов в штатном варианте и в аварийном, т.е. чрезвычайном. При этом номенклатура необходимых сорбирующих материалов зависит от специфики категории предприятия, где при взаимодействии и координации их со специальными подразделениями и чрезвычайными службами позволит существенно повысить эффективность очистных работ. Принимая установленный каждым подразделением свой нормативный объем плановой очистки загрязненных нефтепродуктами объектов, рассчитывается максимальный объём сорбентов, который должен быть в наличии у предприятия. Исходя из того, что1 кг сорбента способен поглотить от 50 до 60 кг нефтепродуктов (нефтепродукты сверх высокой вязкости -гудроны) в расчет не принимаются, так как не могут быть сорбированы никакими сорбентами. Необходимое количество сорбентов для очистки загрязненных объектов рассчитывается по формуле:

МС0Р6 = (V,

^ р ) ^ К

' нефти / ' с

сорб V разлнефти нефти 7 сорб

или

^^сорб ^^ нефти ' Ксорб'

где Мсорб — необходимый вес сорбента, кг,

V л нефти — объем разлитой нефти или

3

загрязненной воды, м ,

Ксорб — коэффициент поглощения (нефтеёмкость), равный 50-60 кг/кг,

Мнефти — вес нефтепродуктов, кг,

Рнефти — плотность разлитой нефти или нефтепродуктов, кг/м3,

Объем полимерного сорбента, необходимого для сбора нефтепродуктов загрязненного участка, рассчитывается по формуле:

V = F • C • G • К

cop загр.уч. c >

где V — объем полимерного сорбента,

,.3

Гзагр. уч. — пл°ЩаЛь

участка,

загрязненного нефтепродуктами, м2,

Сс — сорбционная емкость сорбента, Г / Г

нефти сорбента'

G —

количество

пролитых

нефтепродуктов, кг, т,

К - коэффициент, учитывающий четырехразрядную категорию сложности аварий и других факторов, в том числе химический состав нефтепродуктов, вязкость, температуру окружающей среды.

Исходя из выше указанных формул, каждое предприятие может рассчитывать для себя только нормативный запас сорбента для плановой эффективной очистки загрязненных объектов. А при условии возникновения аварийных рисков предприятия должны иметь сверхнормативный запас сорбента и набор аварийного реагирования. Количество сорбента, необходимое для поглощения пятна разлива, зависит не только от его гидрофобности и сорбирующих возможностей,

но и от площади, занимаемой пятном, Одним из перспективных направлений

поскольку даже при незначительном разливе очистки воды и грунта от нефтезагрязнений

пятно, если ему принудительно не оказано является применение биосорбентов.

препятствие (например, бонным

Выбор эффективной технологии

заграждением), растекается по поверхности

очистки нефтезагрязнённых поверхностей

воды до пленочного состояния.

приведён в таблице 1.

Таблица 1. Выбор эффективной технологии очистки с помощью высокоэффективных полимерных, полимикробных сорбентов серии «»Сибэкосорб, «Меном»

72

Шкала загрязнения

Тип поверхности Толщина пленки, глубина проникновения, см Концентрация Технология

нефтепродуктов

1 2 3 4

Водная поверхность До 2 До 50 г/л Сорбент

Не более 1 Не более 20 г/л биопрепарат

Болото До 50 При любой степени загрязнения Биосорбент + биопрепарат + агротехнические мероприятия

До 50 От 50-100% Выемка грунта + сепарация + биорекультивация

До 25 30-35% Выемка грунта + экстракция +

Грунт биорекультивация (выемка

(10-20) 5-30% до 10% грунта + сжигание) Биосорбент + биопрепарат + агротехнические мероприятия Биопрепарат + агротехнические мероприятия

Как показали исследования, выбор эффективной технологии очистки территории от загрязнения нефтью зависит от типа поверхности и глубины проникновения углеводородов. При этом следует учесть, что сорбенты и биопрепараты эффективно необходимо использовать только при сравнительно невысоких уровнях загрязнения и тогда, когда механический сбор нефти затруднен или невозможен.

После анализа обследований загрязненных участков и после проведения первоочередных мероприятий, включая механический сбор нефти, определено, что в соответствии с различным уровнем установленного загрязнения для каждого участка по отдельности была определена эффективная технология: для водной поверхности сорбент, биосорбент + биопрепарат; для остальных участков сорбент «Меном-Био», «Униполимер-Био» с иммобилизованными микроорганизмами

препарата «Дейстройл», «Арк-ойл» и др.

Биосорбенты и препараты

«Дейстройл», «Арк-ойл» вносились в несколько приемов с одновременным внесением питательных солей. Норма внесения на 1 м2 загрязненной поверхности составил: рабочей суспензии биопрепарата 0,5 - 1,5 л, биосорбента «Сибэкосорб-Био», «Униполимер-Био» 200-250 гр., удобрений 2-3 гр. или 200300 мл 10%-ного раствора.

Полимикробные биосорбенты «Меном-Био», «Сибэкосорб-Био» способны очистить в течение 2,9 - 3,7 месяцев загрязненные участки до уровня, не требующего дальнейшего проведения специальных очистных

мероприятий: воду с толщиной нефтяной пленки до 2 см: грунт с концентрацией нефтепродуктов до 40% и глубиной проникновения более 15 см, без съема грунта. Биосорбенты активны в диапазоне кислотности среды РН = 4,5 - 8,7 и колебания температуры +4; +45°С. Применяется без предварительной

73

активизации микроорганизмов. Биодиградации могут быть подвержены: сырая нефть - низко -и высокопарафинистая, высокосернистая и др., а также нефтепродукты - мазут, дизельное топливо, бензин, керосин, ароматические углеводороды и другие ксенобиотики.

Проведены научно-исследовательские, опытно-конструкторские работы с целью расширения функциональных и

технологических возможностей применения указанных полимерных сорбентов, а также композиционн-сорбирующего мелиоранта-агрохимиката-структурообразователя «Меном» с различной модификацией с учетом усовершенствования технологических

процессов производства и расширения их ассортимента, создания многофункциональных универсальных дешевых сорбентов с возможностью многократной регенерации.

В задачу исследований входили следующие стадии: составление композиций (полимерных матриц), их вспенивание, отверждение, формирование, сушка с последующей мобилизацией полимикробных культур.

Поэтому первым этапом работы было проведение предварительных исследований по оценке влияния составов композиций на сорбционные свойства (нефтеёмкость,

6,5 6 5.5

5

4.5 4

3.5 3 2.5 2

Л

>

j', _ •

•

5 3 0 6 3 Б 7 4 0 8 4 Б Э Э £0

-СПС Y1 И(Х1) -КОУ1И(ХЗ) ПАВ Y1-f(X2)

X3, об.ч.

Рис. 1 Влияние технологических факторов на кратность вспенивания

Таким образом, оптимизация технологического процесса получения полимерных сорбентов, в т.ч. и биосорбентов с разработкой оптимальных режимов, а именно составов рецептур композиций и их исследований показали, что изменение способов и режимов

кратность вспенивания и влажность) сорбентов, чтобы на основании этих результатов установить оптимальные составы рецептур полимерных композиций.

По полученным результатам видно, что независимо от порядка внесения компонентов, сорбенты получались с более развитой поверхностной структурой и имели объемную массу от 6 до 14 кг/м3, у них в 1,5 - 2 раза увеличился объем переходных пор и в ~5 раз увеличился объем микропор. При этом высокая развитость пористой структуры приводит к увеличению нефтеёмкости. Однако, нефтеёмкость сорбентов, зависит не только от его пористой структуры, но и от влажности, т.е. чем заполнены поры - водой или воздухом. Экспериментальные данные по влиянию технологических факторов на кратность вспенивания, нефтеёмкость сорбентов и их зависимость представлены функциональной зависимостью на рис. 1, 2 и эмпирической формулой: у = 1400,9Х-1,2925

/

/

„ ■

5 3 6 5 7 0 3 5 и 9 X3

-СПС Y3=f(X1) - ПАВ Y3=ffX2) KOY3=fiX3)

об.ч.

Рис. 2 Влияние технологических факторов на нефтеемкость

получения сорбентов и базовых составляющих компонентов СПС, ПАВ, КО, модифицирующих добавок и наполнителей с учетом использования математических методов планирования полимерной матрицы при наличии соответствующей технологической

74

базы и оснащения можно получать различные, в т.ч. структурно модифицированные, полимерные и полимикробные сорбенты различных модификаций, а также композиционно векторный неоднородный сорбент направленного действия «Меном-Агро», «Меном-Био», «Меном-Арк-ойл», «Уни-Меном», «Месорб» с широким диапазоном многофункциональных

технологических возможностей и

перспективностью их применения в нефтяной промышленности России и за рубежом.

Список литературы и источников:

1. Очистка нефтезагрязненных земель и водоемов Сибири с применением адсорбентов // В.М. Мелкозеров, С.И. Васильев, А.Я. Вельп и др.// Нефтепромысловое дело.-2010.-№11. С. 58-62.

2. Патент 2626207. МПК В0Ш0/26, В01 J20/30. Композиция для полимерного сорбента и способ получения сорбента из композиции. / В.М. Мелкозеров ; Патентообладатель В.М. Мелкозеров (РФ), заявитель ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (РФ). - №2016120749, заявл. 26.05.2016: опубл. 2407.2017, Бюл.№ 21

INDUSTRIAL CLEANING OF OIL CONTAMINATED LAND AND WATER AREAS IN VARIOUS CLIMATIC REGIONS

© Melkozerov Vladimir Maksimovich, Candidate of Technical Sciences, Siberian Federal University, Institute of the North and the Arctic, Krasnoyarsk

This article analyzes the applicability of sorbents in environmental protection measures during the cleaning of oil-contaminated soils and water areas, and shows the possibility of import substitution in the sorbent market. The possibilities of replacing competitive polymeric sorbents of the Sibecosorb, Unipolymer-M, Mesorb, Menom-Arktik, Menom-Ark-oil series, which include expensive ingredients for production waste, in the production process are considered. Waste from factories in the Krasnoyarsk Territory, the disposal of which is very expensive, is considered as production waste. The technological process of obtaining polymeric sorbents is considered in detail. The sorption capacity of sorbents has been tested on a number of petroleum products and their derivatives, as well as liquid chemicals. The areas of effective application of polymeric sorbents in oil loading and transport complexes, including motor transport, river and railway transport in the oil and gas complex, industry, transport of filling stations, etc., are proposed.

Keywords: sorbents, soil purification, purification of water areas, polymeric sorbents, production waste.

Рукопись поступила: 1 марта 2023 г. Submitted: 1 March 2023

НАШ ЖУРНАЛ В НА УЧНЫХ БАЗАХ ДАННЫХ:

ELibrary https://www.elibrary.ru/contents.asp?titleid=54869

Лань https://e.lanbook.com/journal/3095

КиберЛенинка https://cyberleninka.ru/journal/n/the-newman-in-foreign-policy?i=1121219

Библиотека СФУ https://bik.sfu-kras.ru/elib/view?id=PRSV-nmfp/2023/70

Журнал актуальных международных исследований The Newman in Foreign Policy. Название на русском языке: «Новый человек в международной политике» Учредитель Никуленков Василий Валентинович.

Журнал зарегистрирован в российской наукометрической базе цитирования (РИНЦ) Номер договора 443-06/2015. Научная электронная библиотека e-library http://elibrary.ru/title_about.asp?id=54869 ЭБС «Лань» https://e.lanbook.com/journal/3095

КиберЛенинка https://cyberleninka.ru/journal/n/the-newman-in-foreign-policy?i=1065318 ISSN 2412-8198

Главный редактор, учредитель - В.В. Никуленков Заместитель главного редактора - А.В. Усов

Технический редактор - Е.Д. Дубова. Выпуск № 71 (115) от 05.05.2023 (пятого мая две тысячи двадцать третьего года) https://ninfp.jimdo. com/

Периодичность: «Один раз в два месяца».

Телефон: Моб.тел. 8-923-277-07-27; e-mail редакции: newman-studsib@mail.ru Мнение редакции может не совпадать с мнением авторов.

Авторское право и авторская редакция текстов подтверждается авторами публикаций на основании подписания авторских договоров размещения в наукометрической базе данных. Руководствуясь смыслом исходящим из содержания п. 1 ст. 1274 (Свободное использование произведения в информационных, научных, учебных или культурных целях) Гражданского кодекса РФ, в оформлении обложки использованы материалы, опубликованные в открытом доступе.