CC BY
158
А. А.-да Консейсао 1, Н. А. Самойлов 2, Р. Н. Хлесткин 2
Преимущества и свойства сорбента «0иЪК,0МЛБ80К,Б» при ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов
1 Мозамбик, школа Жозина Машел 2 Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (3472) 43-19-52
Показаны особенности использования сорбента «DULROMABSORB» при ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на поверхности воды и почвы.
Ключевые слова: сбор нефтепродуктов, ликвидация разливов нефти и нефтепродуктов, охрана окружающей среды.
Аварийные разливы нефтепродуктов воздействуют на окружающую среду в несколько направлениях; они приводят к загрязнению как воздуха, так воды и почвы. Процесс удаления пленка нефти и нефтепродуктов с поверхности воды и почвы весьма сложен.
При значительных разливах нефти обычно применяют различные механические нефтесборщики: пороговые, центробежные, шнековые, адгезионные. При толщине нефтяной пленки менее 1—2 мм, а также при малой глубине водоема использование механических сборщиков становится неэффективным, либо вообще невозможным. В таких условиях наиболее целесообразно применение сорбентов. Главными требованиями, предъявляемыми к сорбентам, являются нефтеемкость, плавучесть (как в исходном, так и в насыщенном состоянии), гидрофобность (сорбент не должен впитывать воду), возможность регенерации сорбента с удалением из него собранного нефтепродукта с его дальнейшей утилизацией, технологичность изготовления и применения сорбента (удобство нанесения на поверхность воды и удаления отработанного сорбента) и низкая его стоимость 1-4.
С рассмотренных позиций представляет интерес использование природного сорбента «DULROMABSORB», поскольку он является весьма дешевым, доступным и распространенным в Республике Мозамбик 5. Однако имеющаяся в научной и патентной литературе информация носит в основном качественный характер и не позволяет априорно проанализировать поведение поглощающей способности сорбентов при различных условиях разлива нефти.
В связи с этим в школе Жозина Машел (Мозамбик) и УГНТУ (Россия) выполнен цикл детальных исследований процесса нефтесбора с помощью сорбента «DULROMABSORB» с целью сопоставления свойств различных потенциальных сорбентов растительного происхождения при сорбции нефти и нефтепродуктов.
Эксплуатационные характеристики сорбента «DULROMABSORB» определялись в одинаковых условиях. В связи с отсутствием стандартной методики исследования сорбционных свойств поглотителей различных нефтепродуктов в различных условиях возможного сбора продукта при ликвидации разлива, испытания сорбента выполнялись в пяти направлениях, а именно оценивалась:
— величина предельного нефтепоглоще-ния при контакте навески сорбента с избытком нефти или нефтепродукта;
— величина предельного водопоглощения при контакте навески сорбента с избытком воды;
— величина рабочего (эксплуатационного) нефтепоглощения при контакте навески сорбента со слоем нефти или нефтепродукта различной толщины на поверхности воды в кювете (имитировались условия нефтесбора с поверхности разлива различной мощности);
— возможность использования сорбента для сбора нефтепродуктов с поверхности почвы;
— возможность утилизации собранного продукта при его отжиме из отработанного сорбента.
Следует отметить, что процесс поглощения нефти сорбентом является сложным физико-химическим процессом и включает в себя такие явления, как собственно адсорбция, адгезия, капиллярные явления; также могут наблюдаться чисто физические процессы осаждения сорбента в нефтепродукте.
Серия экспериментов по сбору пленки различных нефтепродуктов с поверхности воды сорбентом «DULROMABSORB» показала, что в течение нескольких минут происходит интенсивное поглощение широкого спек-
Дата поступления 14.06.06 76 Башкирский химический журнал. 2006. Том 13. .№■ 4
тра нефтепродуктов — от бензина до Сибирской нефти (рис. 1). При этом по мере увеличения толщины пленки нефтепродуктов растет поглотительная способность сорбента, обобщенно называемая нефтепоглощением. Максимальная величина нефтепоглощения достигается тогда, когда толщина слоя диспергированного волокнистого сорбента, распределенного по поверхности разлива нефтепродукта соизмерима с толщиной слоя разлива (табл. 1).
В тех случаях, когда толщина слоя разлива была меньше толщины слоя сорбента, происходил сбор нефтепродукта с поверхности воды и за пределами размещения сорбента. Можно предполагать, что компонентный состав масла наиболее близок составу масляной пленки на поверхности волокон сорбента «DULROMABSORB», что повышает сродство сорбента к сорбируемому маслу «NOVOIL». Наиболее интересно, с практической точки зрения то, что сорбент имеет очень высокую поглощающую способность. Она в 2—3 раза выше, чем у сорбента «СИНТАПЭКС» 4, и в 5—7 раз выше, чем у таких распространенных специализированных сорбентов для ликвидации нефтяных разливов, как «Лессорб» или «ПитСорб» 2. Эта ситуация объясняется тем, что сорбент «DULROMABSORB» имеет очень низкую насыпную плотность — 9 • 10-3 г/см3 и, соответственно, более высокую порозность по сравнению с другими сорбентами; так, например, насыпная плотность сорбента «СИНТАПЭКС» составляет 4 • 10-2 г/см3 1. Характерной особенностью сбора нефтепродуктов при толщине их слоя на поверхности воды соизмеримой со слоем сорбента является формирование специфической пространственной структуры системы сорбент «DULROMABSORB» — поглощенное вещество, существенно отличающейся от случая применения, например, сорбента «СИНТАПЭКС». Если волокна сорбента «СИНТАПЭКС» имеют форму довольно плотного клубка («текстильный орешек»), в котором свободное пространство заполняется нефтепродуктом (рис.2, б), то линейные волокна сорбента «DULROMABSORB» спо-
60
X 40
О
20
0
0 1 2 3 4 5
Ь х см
Рис.1. Зависимость поглощения нефти и нефтепродуктов абсорбентом ^) от толщины слоя нефтепродуктов (Ь): 1 — автомобильный бензин; 2 — дизельное топливо; 3 — масло «NOVOIL»; 4 — Сибирская нефть
собны раздвигаться по мере поглощения нефтепродукта (рис.2, г, д), создавая квазигеле-образную структуру сорбент-нефтепродукт, которая после извлечения с места разлива и помещения в емкость сбора отработанного сорбента начинает постепенно сжиматься под действием силы тяжести и отцеживать до 20—25 % собранного нефтепродукта за пределы сорбента.
Рис.2. Особенности поглощения нефти сорбентом «СИНТАПЭКС» и «DULROMABSORB»: а - структура сорбента «СИНТАПЭКС»; б — поглощение нефтяного разлива объемом сорбента «СИНТАПЭКС»; в — структура сорбента «DULROMABSORB»; г — поглощение нефтяного разлива объемом сорбента «DULROMABSORB» на начальной стадии абсорбции; д — поглощение нефтяного разлива объемом сорбента «DULROMABSORB» на конечной стадии абсорбции
Наряду с высокой нефтепоглощающей способностью, сорбент «DULROMABSORB»
Таблица 1
Максимальная поглощающая способность сорбента «DULROMABSORB»
Собираемый нефтепродукт Толщина слоя, см Количество нефтепродукта, г/г сорбента Степень отжима нефтепродукта, %
поглощено отжато
Сибирская нефть 4.1 33-43 28.6-37.8 86.6-90.5
Масло «ЫОУОГЬ» 1.7 50-60 43.9-52.6 87.8-91.3
Дизельное топливо 4.0 24.9-30.9 19.4-26.1 77.1-84.4
Автомобильный бензин 3.0 32.8-33.0 25.8-26.6 78.7-80.6
3
1
6
в
г
д
легко подвергается регенерации простейшим отжимом поглощенного нефтепродукта (табл. 1), при этом отжатый сорбент также поглощает нефтепродукты в значительных количествах. Необходимо отметить, что при использовании сорбента для сбора нефтепродукта сразу после отжима поглощающая способность сорбента несколько ниже, чем при использовании сорбента после суточного выдерживания его на открытом воздухе. Это явление можно объяснить испарением части нефтепродукта, оставшегося в сорбенте после регенерации, что приводит к росту нефтепоглощаю-
щей способности отработанного сорбента, что наиболее заметно при сборе бензина.
Сравнение нефтепоглощающих и водопоглощающих свойств сорбента «DULROMABSORB» и возможности отжима из него поглощенных нефтепродукто с соответствующими характеристиками специализированных сорбентов для сбора нефтепродуктов, а также многочисленных природных и промышленных потенциальных сорбен- тов показывает (табл. 2), что «DULRO-MABSORB» уступает только дорогостоящей порошковой карбамидформальдегидной смо-
Таблица 2
Нефте- и водопоглощение исследованных образцов сорбентов 4
Сорбент Нефтепогло- Водопогло- Степень отжима
щение, г/г щение, г/г нефти, % 4
Органические сорбенты промышленного происхождения
Пенопласт полистирольный (гранулы) 9.26 4.45 0
Полипропилен (гранулы) 1.60 0.80 0
Шины измельченные (крошка) 3.58 7.20 55
Каучуковая (резиновая) крошка 5.11 0.30 0
Карбамидформальдегидная смола
- кусковая 23.30 0.10 0
- порошковая 39.60 - 60
Фенолформальдегидная смола (порошок) 4.42 14.54 0
Поролон листовой (толщина 3 мм) 14.50 1.30 75
Поролон листовой (толщина 1 8 мм) 35.2 25.92 85
Поролон гранулированный (5-8 мм) 36.89 30.71 -
Синтепон 46.31 42-52 94
Уголь бурый измельченный = 1 - -
Битум измельченный 4-4.5 0.2-1 -
«СИНТАПЭКС» — отход прядильного производства 24.45 0.20 83
Макропористый технический углерод 4-4.5 0-1 10-81
Нетканый материал (лавсан)
- образец А 14.05 13.91 82
- образец Б 7.27 7.08 66
- образец В 4.71 4.33 60
«Агрил-А» (гладкая поверхность) 13.90 1.46 0
«Агрил-А» (шероховатая поверхность) 13.60 1.80 0
«Агрил-Б» (гладкая поверхность) 8.20 1.48 0
Ватин 24-27 0.5 87
Хлопчатобумажное рулонное полотно 3.2 - -
Неорганические сорбенты промышленного происхождения
Вспененный никель (толщина 5 мм) 2.91 3.03 0
Стекловолокно простеганное 5.42 1.72 60
Растительные отходы
Солома пшеничная (сечка) 4.10 4.30 36
Камышовая сечка 8.20-2.66 4.68 18-30
Древесные опилки 1.72 4.31 10-20
Шелуха гречки 3.05-3.50 2.20 44
Отходы ватного производства 8.30 0.26 60
Высушенный мох цельный 3.5 зд -
Высушенный мох измельченный 5.8 3.5 -
Торф 17.71 24.28 74
Специализированные поглотители нефти
«Лессорб» (торфяная пыль обработанная) 9,10 2,50 66
«Пит Сорб» (ФРГ, фирма Клон Инк.) 6,19 0,71 0
Разработанный сорбент «ВЦЬКОМАВ5ОКВ» 33-43 0.2 86-90
ле, поролону и синтепону, причем последние из-за практически одинаковой величины нефте- и водопоглощения не являются универсальными сорбентами и не могут применяться для сбора нефтепродуктов с поверхности воды без дополнительной гидрофобизации.
Сорбент «ОиЬКОМАВБОКВ» одинаково эффективен как при сборе нефтепродуктов с поверхности воды, так и с поверхности различных видов почв (табл. 3), что делает его универсальным сорбентом.
Таблица 3
Результаты сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности почвы
Нефтепродукт Нефтепоглощение, г/г, при сборе нефтепродукта с поверхности почвы
песчаной черноземной глинис- той
Бензин 25.6 26.2 22.5
Дизтопливо 22.2 30.7 23.8
Нефть (Сибирская) 32.6 35.0 27.6
Масло «Моуоіі» 48.9 40.4 47.5
Таким образом, сорбент
«ВиЬКОМАВБОКВ» обладает универсальными свойствами и позволяет поглощать широкий спектр нефтяных фракций и нефть с величиной нефтепоглощения более 30 г/г сорбента как поверхности воды, так и почвы, обладает высоким уровнем конкурентности по отношению к специализированным сорбентам для сбора нефтепродуктов, а также многочисленным природным и промышленным потенциальным сорбентам.
Литература
1. Набаткин А. Н., Хлебников В. Н.//Нефтяное хозяйство. 2000.— №11.— С. 61.
2. Хлесткий Р. Н., Самойлов Н. А., Шеметов А. В. // Нефтяное хозяйство.— 1999.— №2.— С. 46.
3. Хлесткий Р. Н., Самойлов Н. А. // Нефтяное хозяйство.— 2000.— №7.— С. 84
4. Самойлов Н. А., Хлесткий Р. Н., Шеметов А. В., Шаммазов А. А. Сорбционный метод ликвидации аврийных разливов нефти и нефтепродуктов.— М.: Химия, 2001.— 189 с.
5. Консейсао А. А.-да. // Башкирский химический журнал.— 2005.— Т. 12, №4.— С. 97.
