Перспективы применения опалых листьев для целей локализации и сбора разливов нефтепродуктов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

-□ □-

Матергали статт1 присвячеш проблемам екологхчног безпеки перевезень нафтопродуктгв залгзничним транспортом. У статт1 проаналгзовано дощльтсть використання опалого листя в якост1 сорбент1в для локалгзацп та збору розливов нафтопродуктгв на залгзничному транспорта. Експериментально встановлен експлуатацшт властивостг сорбент1в на основ опалого листя та надат рекомендацй щодо гх цльового використання

Ключовг слова: сорбент, нафтопродук-ти, розлив, локалгзацИ, вгдходи, опале листя,

поглинальна здаттсть

□-□

Материалы статьи посвящены проблемам экологической безопасности перевозок нефтепродуктов на железнодорожном транспорте. В статье проанализирована целесообразность применения опалых листьев в качестве сорбентов для локализации и сбора разливов нефтепродуктов на железнодорожном транспорте. Экспериментально установлены эксплуатационные свойства сорбентов на основе опалых листьев и даны рекомендации по их целевому применению

Ключевые слова: сорбент, нефтепродукты, разлив, локализация, отходы, опалые листья,

поглотительная способность -□ □-

УДК 504.064.4:658.567.1

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОПАЛЫХ ЛИСТЬЕВ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ И СБОРА РАЗЛИВОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ

М. Л. Сорока

Младший научный сотрудник Отраслевая научно-исследовательская лаборатория «Охрана окружающей среды на железнодорожном

транспорте»* Контактный тел.: 097-973-88-96 Е-mail: [email protected] Л. А. Ярышника Кандидат химических наук, доцент Кафедра «Химия и инженерная экология»* Контактный тел.: (0562) 47-19-65 Е-mail: [email protected] *Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта ул. Лазарняна, 2, г. Днепропетровск, Украина, 49010

1. Введение

Загрязнение окружающей среды нефтепродуктами является важной проблемой обеспечения экологичеа ской безопасности территорий с высокой антропогенной нагрузкой. Наибольшее влияние на окружающую среду оказывают залповые аварийные разливы нефтепродуктов при их хранении или перевозке. Данная проблема характерна не только для нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих регионов, но и для промышленных агломераций, в состав которых входит множество объектов хранения и использования нефтепродуктов. Следовательно, поиск новых материалов для ликвидации подобных разливов и оценка эффективности их применения является актуальной проблемой обеспечения экологической и промышленной безопасности, а также рационального природопользования территорий с высокой антропогенной нагрузкой.

2. Анализ литературных данных и постановка проблемы

С учетом специфики, которая рассматривается в рамках исследования, пролитые нефтепродукты могут быть локализированы на поверхностях различного рода - от металлических и железобетонных элементов наливного комплекса до поверхности грунта или водоема. Анализ публикаций [1-3] показывает, что в дан-

ных условиях применение сорбционных технологий для целей полной иммобилизации нефтепродуктов в окружающей среде является наиболее рациональным. Проблемы поиска новых сорбентов нефтепродуктов и повышения эффективности их применения неоднократно обсуждались в научной литературе [1,3]. Ряд исследователей [2,3] показывают, что отходы производства и потребления являются эффективной альтернативой традиционным углеродным сорбентам нефтепродуктов. Большинство работ сфокусировано на исследовании сорбционных свойств отходов или перспективных технологий их применения. Нерешенными остаются проблемы доступности сорбентов или их субститутов в местах возникновения аварийного разлива. Данный фактор не только определяет величину ущерба, нанесенного разливом нефтепродуктов окружающей среде (в контексте времени непосредственного воздействия на компоненты природы), но и обуславливает эффективность мероприятий по его ликвидации в целом [4]. Таким образом, вопросы поиска новых материалов, которые повсеместно доступны и готовы к использованию в качестве сорбентов, остаются открытыми и требуют дополнительного изучения.

3. Цель и задачи исследования

Представленная работа посвящена проблемам поиска альтернативных сорбентов нефтепродуктов на

©

основе отходов местной промышленности, которые не только обладают сорбционными свойствами по отношению к нефтепродуктам, но и соответствуют критерию повсеместной доступности и простоты целевого применения. Разрешение данной проблемы, а также формирование рекомендаций по целевому применению подобных сорбентов, является целью представленной работы.

Для формирования рекомендаций по применению отходов в качестве сорбента для локализации и сбора разливов нефтепродуктов необходимо произвести комплексную оценку его эксплуатационных, эколо-го-токсикологических и технико-экономических показателей [4]. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач:

- обосновать выбор отхода, как объекта исследования, и определить его основные классификационные признаки;

- экспериментально определить эксплуатационные свойства отхода, как сорбента нефтепродуктов;

- изучить возможность долгосрочного целевого накопления сорбента на основе предложенного отхода.

тур, которые в соответствии с ДК 005-95 классифицируются по коду 7720.3.1.01 и 7720.3.1.03. Образцы проб отходов отобраны в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.3.01-83 на территории парковых зон города Днепропетровск, в период с октября по ноябрь 2011 года.

Некоторые показатели, которые классифицируют объект исследования, представлены в табл. 1. Определение основной фракции отхода после размола (Б60) и содержание пылевидной фракции выполнено

методом ситового фракционирования в соответствии с требованиями ГОСТ 12536-79 ГОСТ 16187-70. Определение показателей естественно-воздушной (т) и максимальной гигроскопической (ттах) влажности выполнены гравиметрическим методом в соответствии с ГОСТ 28268-89 та ГОСТ 12597-67. Содержание некондиционной части отхода в форме листового скелета ^к) определено гравиметрическим методом на основании результатов ситового фракционирования.

Таблица 1

Классифицирующие признаки образцов опавших листьев

4. Обоснование выбора объекта исследования

Учитывая поставленные цели, в качестве объекта исследования выбраны опалые листья, как один из сезонных отходов зон зеленых насаждений города. Наш выбор базируется на потенциале использования данного вида отходов в качестве сорбента нефтепродуктов и объясняется следующими факторами:

- высокое содержание целлюлозы в составе отхода;

- мезопористая и капиллярная структура тела отхода;

- повсеместное распространение отхода с высоким дебитом его сезонного образования;

- низкая стоимость отхода, как сырья для производства сорбента;

- отсутствие промышленного интереса к утилизации данного отхода в условиях Украины.

Немаловажными являются экологические аспекты выбора опалых листьев в качестве объекта исследования. Опалые листья - неотъемлемая часть любой городской экосистемы. С одной стороны, эти сезонные отходы не представляют значительной угрозы экологической безопасности города. С другой стороны - социальная и производственная составляющая урбосистемы определяют необходимость их сбора и дальнейшего обращения. Как следствие - эти естественные биологические образования переходят в категорию отходов деятельности жилищно-коммунального хозяйства. Утилизация опалых листьев с получением сорбентов для очистки компонентов экосистемы от загрязнения нефтепродуктами является хорошей альтернативой их захоронения на полигонах бытовых отходов. Дополнительно, специфический состав опалых листьев, рассосредоточенность их образования и накопления обуславливают их большой потенциал для формирования стратегического запаса материалов для локализации и ликвидации разливов нефтепродуктов.

В качестве объектов исследования выступают образцы отходов опалой листвы садово-парковых куль-

Видовое происхождение опалой листвы F60, мм f1mm, вес. % w, вес. % wmax, вес. % Lk, вес. %

Aesculus L. 2,5...3,0 5,0...7,6 7,9...8,4 15,5...16,7 15,0...26,0

Tilia platy-phyllos 1,5...3,0 1,2...2,2 7,9...8,5 16,9...18,1 14,5...23,5

Robinia ps.-acacia 1,5...2,5 2,0...2,8 7,2...7,6 14,1...14,7 12,0...18,5

Ulmus laevis 2,0...3,5 3,0...5,2 8,7...9,5 18,2...19,6 15,0...19,2

Acer plat-anoides 1,5...3,0 2,0...3,0 7,8...8,6 14,9...15,9 21,2...35,0

Populus L. 1,5...3,5 1,3...2,1 6,3...7,8 13,4...14,7 18,2...23,6

5. Эксплуатационные свойства сорбента нефтепродуктов на основе опавших листьев

К наиболее важным эксплуатационным свойствам, которые влияют на эффективность применения того или иного сорбента нефтепродуктов, относятся [4,5]:

- общая поглотительная способность сорбента (Р, г/г), как базовый эксплуатационный показатель, определяющий расход сорбента на целевые нужды;

- время насыщения до показателя 80 % от максимального Р (оР80, мин.), как эксплуатационная характеристика эффективного времени насыщения;

- зависимость vРg0 от гигроскопического увлажнения и переувлажнения сорбента (Р80(т) , г/г), как эксплуатационная характеристика хранения и применения сорбента в условиях повышенной влажности.

Дополнительно, к сорбентам нефтепродуктов предъявляется ряд требований [3,4], среди которых: универсальность применения, эколого-токсикологи-ческая безопасность, пожарная безопасность и др.

Результаты определения показателей Р и vРg0 для образцов отходов различного видового происхождения (табл. 1) представлены в табл. 2. Результаты, приведенные в табл. 2, получены с применением оригинальной методики [5], которая широко применяется для решения подобных задач. В качестве сорбатов для

изучения выбран перечень грузов третьего класса опасности, которые характеризуются наибольшим риском возникновения аварийного разлива на железнодорожном транспорте. Среди них: А - органический растворитель, который содержит бензол, Б - органический растворитель, который содержит ксилол, В -гексан нефтяной, Г - бензин нефтяной марки А-92, Д -дизельное топливо марки Л, Е - масло минеральное марки М-8-В.

Анализируя данные, представленные в табл. 2, можно прийти к нескольким выводам. Опалые листья различных пород деревьев демонстрируют выраженные сорбционные свойства по отношению к широкому спектру нефтепродуктов. Поглотительная способность опалых листьев сопоставима с материалами, которые широко применяются для локализации и сбора разливов нефтепродуктов на железнодорожном транспорте [1,3,5].

Таблица 2

Сорбционные свойства опалых листьев различных пород деревьев (Р, г/г в числителе, уРво, мин. в знаменателе)

Видовое происхождение опалой листвы Сорбат

А Б В Г Д Е

Aesculus L. 4,64 2,3 3,51 2,1 2,23 2,5 2,00 3,0 2,55 3,6 2,45 5,7

Tilia platyphyllos 4,61 2,4 3,46 2,2 2,15 2,5 2,00 3,2 2,43 3,6 2,55 6,0

Robinia ps.-acacia 4,05 1,9 3,02 1,8 2,03 2,0 1,87 2,4 2,13 2,9 2,06 4,8

Ulmus laevis 4,48 1,9 3,05 1,9 2,07 2,0 1,91 2,5 2,25 3,0 2,15 5,0

Acer platanoides 4,50 2,2 3,10 2,0 2,10 2,5 1,95 2,8 2,35 3,5 2,48 4,2

Populus L. 4,00 2,8 3,00 2,6 2,10 3,2 1,75 3,7 1,95 4,6 1,85 6,0

Среднее значение 4,38 2,2 3,19 2,1 2,11 2,4 1,91 2,9 2,27 3,5 2,25 5,2

Среднеквадратиче-ское отклонение 0,25 0,25 0,21 0,27 0,06 0,40 0,08 0,47 0,12 0,48 0,25 0,76

рекомендуется использовать средние значения Р, представленные в табл. 2.

Зависимость показателя уР$о от гигроскопического увлажнения и переувлажнения сорбента изучалась для средней пробы опалых листьев. Контроль относительного увлажнения проб выполнен гравиметрическим методом в соответствии с требованиями виконана ГОСТ 28268-89 та ГОСТ 12597-67. Полученный массив экспериментальных данных представлен на рис. 1 в виде кривых аппроксимации для каждого сорбата.

Наибольшие значения Р характерны для сорбатов высокой вязкости - минерального масла и растворителей содержащих производные бензола (сорбат А, Б, Е табл. 2). С учетом видового происхождения опалых листьев наибольшие показатели Р по всему спектру сорбатов характерны для Aesculus L., Tilia platyphyüos, Ulmus laevis и Acer platanoides. Это можно объяснить развитой системой пор в теле опалых листьях этих пород деревьев в сравнении с Robinia ps.-acacia и Populus L. Эффективное время насыщения vP^o в среднем не превышает 2,5 минут для органических растворителей и 6,0 минут для нефтепродуктов.

Следует отметить, что значения среднеквадратиче-ского отклонения полученных результатов находятся в пределах ошибки методики исследования (7...10 % [5]). Следовательно, средняя проба опалых листьев обладает достаточным уровнем репрезентативности и может быть использована для дальнейшего изучения. В контексте сказанного, в качестве базовых коэффициентов расхода отходов опалых листьев для целей локализации и ликвидации разливов нефтепродуктов

Рис. 1. Зависимость уРво от относительной влажности опалых листьев: А, Б, В, Г, Д и Е — сорбаты в соответствии с табл. 2

Анализ данных, представленных на рис. 1, показывает, что образцы отходов опавшей листвы не обладают гидрофобностью, достаточной для целевого использования в условиях повышенной влажности окружающей среды. Данные отходы не целесообразно применять для очистки водной поверхности или систем «вода-нефтепродукт» без дополнительной ги-дрофобизации. Тем не менее, для железнодорожного транспорта характерны разливы нефтепродуктов с локализацией на поверхности грунта и искусственных сооружений. В подобных условиях применение опавшей листвы в качестве сорбента является допустимым при соответствующем уточнении базовых коэффициентов расхода.

В соответствии с требованиями, которые выдвигаются к сорбентам нефтепродуктов [1, 2, 4], была выполнена оценка экологической и производственной безопасности применения опавшей листвы для целей локализации и сбора разливов нефтепродуктов. Установлено, что в процессе насыщения отходов нефтепродуктами не образуются соединения, токсичность или пожароопасность которых превышает соответствующий показатель сорбата. Ранние исследования [6], выполненные авторами, подтверждают, что сорбенты на основе отходов опалых листьев соответствуют эколого-токсикологическим нормам. Все сказанное свидетельствует в пользу выбора опалых листьев в качестве сорбента для локализации и сбора разливов нефтепродуктов.

6. Изучение условия долгосрочного хранения опалых листьев

Опалые листья обладают сезонной природой образования отходов. Основной период образования и

накопления этих отходов совпадает с периодом осеннего листопада (октябрь-ноябрь). Накопление стратегического запаса сорбентов на основе опалых листьев возможно только в этот период. Следовательно, для достижения поставленных целей необходимо изучить условия долгосрочного хранения, для которых гарантируется сохранение высоких эксплуатационных свойств опалых листьев, как сорбентов нефтепродуктов. Для достижения поставленной задачи проведены полевые испытания в соответствии со сценариями различных условий кондиционирования параметров окружающей среды при хранении отходов (табл. 3). Для моделирования сценария хранения выбраны следующие параметры: защита от атмосферных осадков (АО), контроль уровня влажности воздуха (ВВ), контроль уровня перепада температур (КТ).

Таблица 3

Сценарии условий хранения сорбентов на основе опалых листьев

Название сценария Условное обозначение Параметры

АО ВВ КТ

Хранение в природных условиях С-1 - - -

Хранение под навесом С-2 + - -

Хранение в отапливаемом помещении С-3 + - +

Контрольный сценарий С-0 + + +

Результаты изучения зависимости показателя vРg0 от условий хранения представлены в виде нормализированного графика у^)^Р80^)^Р80(Х), где N -календарный месяц в плане проведения эксперимента (рис. 2).

Рис. 2. Нормализированная зависимость уР8о от времени хранения сорбентов на основе опалых листьев в различных условиях

Данные, представленные на рис. 2, показывают, что хранение в отвале в условиях естественной сре-

ды является не эффективным. Снижение показателя поглотительной способности в условиях сценария С-1 связано с процессами биологического разложения опалых листьев, которые стимулируются избыточной влажностью отходов и высокой температурой в весенне-летний период.. Для сценариев С-2 и С-3 в течение первых пяти месяцев хранения с момента естественного образования отходов наблюдается нивелирование показателя vР80 в пределах показателя базового месяца (Х -октябрь). Можно сделать вывод - для эффективного долгосрочного накопления опалых листьев в качестве сорбентов нефтепродуктов достаточно поддержание минимальных условий хранения - защита от атмосферных осадков и гигроскопического переувлажнения.

7. Выводы

Обобщая результаты исследований, представленные в статье можно прийти к следующим выводам:

1. Опалая листа, как группа отходов зон зеленых насаждений города, может рассматриваться в качестве материала для локализации и сбора разливов нефтепродуктов, органических растворителей и жидких технических углеводородов.

2. Экспериментально установлено, что опалые листья обладают высокой поглотительной способностью по отношению к широкому спектру нефтепродуктов. Эксплуатационные характеристики сорбентов, на основе данных отходов, сравнимы с характеристиками традиционных сорбентов промышленного производства.

3. Установлено, что время насыщения не является лимитирующим фактором эффективности целевого применения опалых листьев.

4. Опалые листья обладают низкой гидрофобно-стью и, как следствие, не эффективны для очистки водной поверхности или систем «вода-нефтепродукт».

5. Результаты исследования доказывают, что опалые листья сохраняют свои эксплуатационные свойства сорбентов нефтепродуктов при длительном хранении в минимальных условиях контролируемой влажности.

6. Опалые листья рекомендуются к накоплению и целевому применению в качестве сорбентов для сбора разливов нефтепродуктов. Перспективным для изучения является разработка технологий модернизации полигонов захоронения опалых листьев, которые в случае возникновения разлива нефтепродуктов могут стать источником материалов для его локализации и ликвидации.

7. Внедрение предложенной концепции позволит минимизировать экологический ущерб от различного рода разливов нефтепродуктов.

Литература

Плахотник, В. Н. Природоохранная деятельность на железнодорожном транспорте Украины: проблемы и решения: монография [Текст] / В. Н. Плахотник, Л. А. Ярышкина, В. И. Сираков и др.; - К.: Транспорт Украши, 2001. - С. 150-161. Adebajo, M. O. Porous materials for oil spill cleanup : a review of synthesis and absorbing pro-perties [Текст] / M. O. Adebajo, R. L. Frost, J. T. Klop-rogge, O. Carmody and S. Kokot // Journal of Porous Materials, 2003. Vol. 10, Num. 3. -Рр. 159-170.

3. Переста, I. Я. Забезпечення вдосконалення профшактичних заходiв пiд час перевезення небезпечних вантажв [Текст] / I. Я. Переста, Л. О. Яришкша, Ю. В. Зеленько та ш. // Зб. наук. пр. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. - Д.: Вид. ДНУЗТ, 2011. - Вип. 1. - С. 82-88.

4. Сорока, М. Л., Структурно-логическая схема развития аварийных эмиссий углеводородов на железнодорожном транспорте и основные требования к сорбентам, применяемым для их ликвидации [Текст] / М. Л. Сорока, Л. А. Ярышкина // Вюник Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. транс. iм. акад. В. Лазаряна. - Вип. 37. - Д. : Вид-во Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна, 2011. - С. 174-179.

5. Сорока, М. Л. Поглинальна здатшсть промислових вiдходiв по вщношенню до оргашчних розчинниюв, яю перевоз-яться зал1зничним транспортом [Текст] / М. Л. Сорока, Л. О. Яришкша, Л. В. Шевченко // Вюник дншропетровського утверситету. Серiя «Х1м1я» - 2012. - Вип. № 18. - С. 121-124.

6. Сорока, М. Л. Экологическая оценка сезонных муниципальных отходов на основе опалой листвы зон зеленых насаждений города Днепропетровск [Текст] / М. Л. Сорока, Л. А. Яришкина // Збiрник наукових праць НГУ. - Д.: Нацюнальний прничий ушверситет. - 2012. - № 38.- С. 183-192

Abstract

This paper focuses on problems of the implementation of oil spill clean-up technology. This type technology is often not effective because the sorbents are inaccessibly in the area of oil spill containment at the time. To solve the problem the authors propose the concept of using the waste of local industry as oil sorbent. The aim of this study is to highlight the possibility of using fallen leaves as a sorbent to clean-up the spill of oil and organic solvent. The laboratory experiments demonstrated that the sorbent based on fallen leaves showed good sorption properties and could be a viable alternative to traditional commercially synthetic sorbtion materials. Environment humidity is a limiting factor to the use efficiency of the fallen leaves. We concluded that the fallen leaves of trees should be used to create a local strategic sorbents reserve for the prompt organization of activities to clean-up oil spills.

Keywords: oil, sorbent, spill, clean-up, waste, fallen leaves of trees, sorption capacity, organic solvent

-□ □-

Приведено спосi б отримання

гiдроксохлоридiв алюмшю iз гiдроксиду алюмтю з соляною кислотою з подальшою гх обробкою для тдвищення основностi або у вакуум^ або з допомогою основних реагентiв. Вивчено ефективтсть освтлення стхчних вод даними коагулянтами

Ключовi слова: високоосновний алюмттвий коагулянт, освтлення води, ггдроксохлориди алюмтю, каламуттсть, вiдстоювання,

фЫьтрування

□-□

Приведены способы получения гидроксох-лоридов алюминия из гидроксида алюминия с соляной кислотой с дальнейшей их обработкой для увеличения основности или в вакууме, или с помощью основных реагентов. Изучена эффективность осветления сточных вод данными коагулянтами

Ключевые слова: высокоосновный алюминиевый коагулянт, осветление воды, гидроксох-лориды алюминия, мутность, отстаивание,

фильтрование -□ □-

УДК 628.10(088.8)

РОЗРОБКА КОАГУЛЯН-Т1В ДЛЯ 1НТЕНСИФ1-КАЦП ОСВ1ТЛЕННЯ СТ1ЧНИХ ВОД КАРТОННО-ПАПЕРОВИХ ВИРОБНИЦТВ

Т. О. Ш аб л i й

Кандидат техшчних наук, доцент Кафедра екологи та технологи рослинних полiмерiв Нацюнальний техшчний уыверситет УкраТни «Кшвський пол^ехшчний шститут» пр. Перемоги, 37, корп. №4, м. КиТв, УкраТна, 03056 Контактний тел.: (044) 236-60-83 E-mail: [email protected]

1. Вступ

Картонно-паперова промислов1сть е одним з най-крупшших водоспоживач1в в Укра1т. Водоемтсть ви-робництва паперу та картону складае 40-100 м3/т, що обумовлюе утворення значних об'ем1в спчних вод. Запобяти утворенню значних скид1в спчних вод мож-ливо при широкому застосуванн локальних систем водоочищення.

1нтенсифжацш процеав освилення оборотних вод паперових виробництв на локальних очисних спорудах е актуальною проблемою. Висока ефективтсть роботи цих споруд забезпечуе суттеве скорочення витрати свЬ жо! води на виробництво паперу та картону, призводить до значного зниження об'ем1в спчних вод на тону паперу та картону. Самим простим способом тдвищення ефек-тивносп освгглення води при И вщстоювант або флотаци е використання коагулянта [1]. При цьому в1дм1чено, що