CC BY
13
УДК 628.16
doi 10.24411/2077-6896-2019-10018
ИНДУСТРИАЛЬНАЯ ОЧИСТКА НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ, ВОДОЕМОВ, ЛЕСНЫХ УГОДИЙ И ДРУГИХ ЛАНДШАФТОВ
Конгар-оол В.В., Мелкозеров В.М., Кайзер Ю.Ф. Тувинский государственный университет, г. Кызыл ООО «Научно-исследовательский институт экологии нефтегазовой промышленности», Москва Сибирский федеральный университет, г. Красноярск
INDUSTRIAL CLEANING OF LANDS, WATERBODIES AND OTHER LANDSCAPES CONTAMINATED WITH OIL
V.V. Kongar-ool, V.M. Melkozerov, Yu.F. Kaiser Tuvan State University, Kyzyl "Research Institute of Ecology of Oil and Gas Industry", Moscow Siberian Federal University, Krasnoyarsk
В данной статье проведен анализ применимости сорбентов в природоохранных мероприятиях при очистке нефтезагрязненных почв, показана возможность импортозамещения на рынке сорбентов сорбентами серий «Униполимер-М» и «Унисорб». Рассмотрены возможности замены в процессе производства конкурентоспособных полимерных сорбентов серий «Униполимер-М» и «Унисорб» дорогостоящих ингредиентов 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 так же жидких химических веществ. Предложены области эффективного применения полимерных сорбентов в нефтеналивных и транспортных комплексов включая автотранспорт речной и железнодорожный транспорт нефтегазовом комплексе, промышленности, транспорте АЗС и т.д. Сорбент предназначен для локализации и очистки поверхностей гидросферы, грунта сточной, оборотной и технологической воды, газовоздушных жидкостей, 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 сопровождающих пожарами. Ключевые слова: адсорбент; сорбент; рекультивация; нефтепродукт; очистка; процесс
The article analyzes the application of sorbents in environmental activities for the cleanup of soils contaminated with oil. The possibility of import substitution in the market of sorbents series of "Unipolimer-M" and "Unisorb" is considered. Waste production of plants in Krasnoyarsk region
is very expensive to dispose. The process of obtaining polymer sorbents is considered in detail. The sorbent ability has been tested on a number of petroleum products and their derivatives, as well as liquid chemicals. Areas of effective use of polymer sorbents in oil and transport complexes including river and rail transport, oil and gas industries, gas station transport, etc. were proposed in the paper. Sorbent is designed to localize and clean the surfaces of the hydrosphere, revolving and technological water, gas-air liquids, solvents, toxic waste, chemical, aggressive and radioactive compounds, as well as dissolved heavy metal ions during planned, preventive measures and emergency situations accompanying fires.
Key words: adsorbent; sorbent; recultivation; oil product; purification; process
В целях стабилизации экологической обстановки, определения стратегических задач и экологической политики России на 2017-2020 гг. ОАО «Красноярскнефте-продукт» Филиал Центральный разработана комплексная программа «Экология и охрана окружающей природной среды», включающее решение вопросов по основным направлениям: совершенствование технологических процессов, разработки и внедрения перспективных и прогрессивных технологий новых видов адсорбентов, сорбирующих изделий, материалов, мелиорантов, аэрантов-агрохимикатов, устройств, средств и способов очистки не-фтезагрязненных объектов в системах действующих и проектируемых промысловых и магистральных нефтепроводов [3].
В основе концепции организации 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;
• создание специальных высокоэффективных гидрофобных адсорбентов, полимикробных сорбентов, формовочных ком-
позиционно-сорбирующих изделий: матов, бон, фильтропластов, бумерных рукавов-ковриков, также технических средств, устройств эко - комплектов наборов аварийного реагирования;
• внедрение технологий возрождения природы с разработкой регламентов работ по индустриальной очистке, консервации нефтезагрязненных объектов и рекультивации (т.е. биовосстановлении) нарушенных земель;
• разработка проектов рекультивации нефтезагрязнённых территорий и водных акваторий;
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 «Униполимер». В настоящее время разработана технология и оборудование для производства полимерных сорбентов.
Выпускаемые из многоцелевых полимерных композиций сорбенты в виде крошки, матов изготавливаются из отечествен-
ного сырья по безотходной технологии по 3-5 компонентной схеме из специальных синтезированных гостирированных смол и агентов АВОС АВОМ. Сорбенты «Уни-полимер» изготавливаются по Лицензиям № Г773446 рег. №24/М/01/0126/15Л; № 773462 рег. № 24М/01/0140/15Л согласно технологическому регламенту и ТУ на пеногенерирующей или газожидкостной 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 [5].
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 гнефть/гсорб, 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 и высокой степени очистки воды 98% и выше. Об эффективности сорбентов серии «Униполимер» можно судить по данным, представленным в таблице.
Сорбенты серии «Униполимер» 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
серии «Униполимер» являются патентоспособными, т.е. имеет 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 и 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 сорбента «Унипо-лимер-М», который должен быть в наличии у предприятия. Исходя из того, что 1 кг сорбента «Униполимер-М» способен поглотить от 50 до 60 кг нефтепродуктов (нефтепродукты сверхвысокой вязкостью - гудроны) в расчет не принимаются, так как не могут быть сорбированы никакими сорбентами.
Необходимое количество сорбентов «Униполимер-М» для очистки загрязненных объектов рассчитывается по формуле:
= (К.п /р)/к,,
или
= Мп / к,,
где Мк - необходимый вес сорбента, кг,
V - объем разлитой нефти или загрязненной воды, м3,
К. - коэффициент поглощения (нефтеём-кость), равный 50-60 кг/кг, Мп - вес нефтепродуктов, кг, Рп - плотность разлитой нефти или нефтепродуктов, кг/м3,
Объем полимерного сорбента, необходимого для сбора нефтепродуктов загрязненного участка, рассчитывается по формуле: V = F * ! * G * К
У в 1 гу ■ А ^ Л,
V.- объем полимерного сорбента, м3, Fzy - площадь участка, загрязненного нефтепродуктами, м2,
Сс - сорбционная емкость 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 вышеуказанных формул, каждое предприятие может рассчитывать для
себя только нормативный запас сорбента «Униполимер-М» для плановой эффективной очистки загрязненных объектов. А при условии возникновения аварийных рисков предприятия должны иметь сверхнормативный запас сорбента «Униполимер-М» и набор аварийного реагирования.
Количество сорбента «Униполимер-М», необходимое для поглощения пятна разлива, зависит не только от его гидрофобности и сорбирующих возможностей, но и от площади, занимаемой пятном, поскольку даже при незначительном разливе пятно, если ему принудительно не оказано препятствие (например, бонным заграждением), растекается по поверхности воды до пленочного состояния
Одним из перспективных направлений очистки воды и грунта от нефтезагрязне-ний является применение биосорбентов.
Выбор эффективной технологии очистки нефтезагрязнённых поверхностей при-
Таблица 1
Выбор эффективной технологии очистки с помощью высокоэффективных полимерных, полимикробных сорбентов серии «Униполимер-М»
и «Униполимер-Био»
Тип поверхности Шкала загрязнения Технология
Толщина пленки, глубина проникновения, см Концентрация нефтепродуктов
Водная поверхность До 2 Не более 1 До 50 г/л Не более 20 г/л Сорбент биопрепарат
Болото До 50 При любой степени загрязнения Биосорбент + биопрепарат + агротехнические мероприятия
Грунт До 50 До 25 (10-20) От 50-100% 30-35% 5-30% до 10% Выемка грунта + сепарация + биорекультивация Выемка грунта + экстракция + биорекультивация (выемка грунта + сжигание) Биосорбент + биопрепарат + агротехнические мероприятия Биопрепарат + агротехнические мероприятия
ведён (см. Табл. 1).
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 «Униполимер-Био» с иммобилизованными микроорганизмами препарата «Дей-стройл» и др.
Биосорбенты и препараты «Дейстройл» 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 «Униполимер-Био» 200-250 гр., удобрений 2-3 гр. или 200-300 мл 10%-ного раствора.
Полимикробный биосорбент «Унипо-лимер-Био» способен 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 нефтепро-
дуктов до 40% и глубиной проникновения более 15 см, без съема грунта. Биосорбент активен в диапазоне кислотности среды РН = 4,5 - 8,7 и колебания температуры +5 - 35°С. Применяется без предварительной активизации микроорганизмов. Биоди-градации могут быть подвержены: сырая нефть - низко- и высокопарафинистая, высокосернистая и др., а также нефтепродукты - мазут, дизельное топливо, бензин, керосин, ароматические углеводороды и др [2].
Проведены научно-исследовательские опытно-конструкторские работы с целью расширения функциональных и технологических возможностей применения полимерных сорбентов серии «Униполимер-М», «Униполимер-Био». А также композиционного препарата «Меном» 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 и сушка.
Поэтому первым этапом работы было проведение предварительных исследований по оценке влияния составов композиций на сорбционные свойства (нефтеём-кость, 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 нефтеёмко-сти. 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, нефтеём-кость сорбентов и их зависимость представлены функциональной зависимостью на рис. 1, 2 и эмпирической формулой: у = 1400,9Х-1 2925
Рис. 1. Влияние технологических факторов на Рис. 2. Влияние технологических факторов на кратность вспенивания нефтеёмкость
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 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 базы и оснащения можно получать различные, в т.ч. и модифицированные, полимерные и полимикробные сорбенты серии «Униполисорб-М», «Уни-полимер-М», «Униполимер-Био», а также композиционный препарат «Меном» с широким диапазоном многофункциональных технологических возможностей и перспективностью их применения в нефтяной промышленности России и за рубежом.
Библиографический список 1. Мелкозёров М. Г., Васильев С. И., Бату-тина В. М. Охрана окружающей среды и рациональное недропользование / М. Г. Мелкозёров, С. И. Васильев, В. М. Бату-
тина. - Красноярск : СФУ 2007. - Текст : непосредственный.
2. Мелкозёров В. М. Перспективные материалы технологии конструкции экономика : сборник научных трудов / В. М.
Мелкозёров, М. Г. Мелкозёров. - Красноярск, 2005. - С. 23-28. - Текст : непосредственный.
3. Мелкозёров В. М. Перспективные мате- 2. риалы технологии конструкции экономика : сборник научных трудов / В. М. Мелкозёров, М. Г. Мелкозёров. - Красноярск, 2006. - 29-33с. - Текст : непосредственный.
4. Боронин И. Е. Трубопроводный транспорт нефти : журнал / И. Е. Боронин, А. 3. И. Кислов, В. М. Мелкозёров. - Москва, 2001. - Текст : непосредственный.
5. Бордунов В. В. Сорбенты нефти и отходов термопластов / В. В. Бордунов, С. В. Бордунов, М. Ф. Жу-ральев, Н. А. Соболев. - Текст : неповредствкнный // Промышлен-ная экология : док-лады 4. конференции - Санкт-Петербург, 1997.
- С. 206.
6. Аксельруд Г. А. Введение в капиляр- 5. но-химическую технологию / Г. А. Ак-сельруд, М. А. Альтшуллер. - Москва : Химия, 2008. - 263 с. - Текст : непосредственный.
7. Перегуд Е. А. Быстрые методы опреде-ле-ния вредных веществ в воздухе / Е. 6. А. Перегуд, М. С. Быховская, Е. В. Чер-нет. - Москва : Химия, 2010. - 220 с. -Текст : непосредственный.
8. Родин А. А. Газохрома-тографическая идентификация за-грязнений воздуха, 7. воды и почвы / А. А. Родин, Ю. С. Дру-гов. - Санкт-Петербург : Теза, 2009. -486 с. - Текст : непосредственный.
References
1. Melkozyorov M. G., Vasil'ev S. I., 8. Batutina V. M. Okhrana okruzhayushchei sredy i ratsional'noe nedropol'zovanie
[Environmental protection and rational subsoil use]. Krasnoyarsk, SFU Publ., 2007. (in Russian)
Melkozyorov V. M. Perspektivnye materialy tekhnologii konstruktsii ekonomika: sbornik nauchnykh trudov [Promising materials of construction technology economics: collection of scientific papers]. Krasnoyarsk, 2005. P. 23-28. (in Russian)
Melkozyorov V. M. Perspektivnye materialy tekhnologii konstrukcii ekonomika : sbornik nauchnyh trudov [Promising materials of construction technology economics: collection of scientific papers]. Krasnoyarsk, 2006. P. 29-33. (in Russian)
Boronin I. E. Truboprovodny transport nefti : zhurnal [Oil Pipeline Transport: Journa]. Moscow, 2001. (in Russian) Bordunov V. V. Sorbenty nefti i otkhodov termoplastov [Sorbents for oil and waste thermoplastics]. Promyshlennaya ekologiya: doklady konferencii [Industrial Ecology: Conference Papers]. Saint-Petersburg, 1997. P. 206. (in Russian) Aksel'rud G. A. Vvedenie v kapilyarno-khimicheskuyu tekhnologiyu [Introduction to Capillary Chemical Technology]. Moscow, Khimiya Publ., 2008. 263 p. (in Russian)
Peregud E. A. Bystrye metody opredeleniya vrednykh veshchestv v vozdukhe [Fast methods for determining harmful substances in the air]. Chermet. Moscow, Khimiya Publ., 2010. 220 p. (in Russian) Rodin A. A. Gazokhromatograficheskaya identifikatsiya zagryazneniy vozdukha, vody i pochvy [Gas chromatographic
identification of air, water and soil 2009. 486 p. (in Russian) pollution]. Saint-Petersburg, Teza Publ.,
Конгар-оол Валерия Вячеславовна, старший преподаватель кафедры «Транспор-тно-технологические средства» ФГБОУ ВО Тувинского государственного университета, e-mail: [email protected]
Мелкозеров Владимир Максимович, руководитель иновационно-инженерного центра ООО «Научно-исследовательский институт экологии нефтегазовой промышленности»; e-mail: [email protected]
Кайзер Юрий Филиппович, кандидат технических наук, доцент ФГАОУ ВО Сибирский федеральный университет, Инситут нефти и газа Заведующий кафедрой «Авиационных горюче-смазочных материалов»; e-mail: [email protected]
Valeria V. Kongar-ool, Senior Lecturer at the Department of Transport and Technological Means, Tuvan State University, e-mail: [email protected]
Vladimir M. Melkozerov, Head of Innovation Engineering Center, Research Institute of Ecology of Oil and Gas Industry; e-mail: [email protected]
Yuri F. Kaiser, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Aviation Fuel and Lubricants, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas; e-mail: [email protected]
Дата поступления статьи в редакцию 14.10.2019
