CC BY
82
УДК 628.543.665
А. А. Алексеева, С. В. Степанова
ПРИМЕНЕНИЕ ЛИСТОВОГО ОПАДА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ПЛЕНКИ НЕФТИ
С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ
Ключевые слова: сосновая хвоя, листва дуба, березовая листва, осиновая листва, нефть, вода, сорбционная емкость.
В ходе исследования изучена возможность применения отходов растительного происхождения (сосновой хвои, опада листьев дуба, березы и осины) для ликвидации пленки нефти с поверхности воды, определены характеристики исследуемых сорбентов: плавучесть, суммарный объем пор, водопоглощение и нефтеемкость.
Keywords: pine needles, leaves of oak, birch leaves, aspen leaves, oil, water, sorption capacity.
In the study investigated the possibility of using waste vegetable origin (pine needles, leaf litter of oak, birch and aspen) for the elimination of the oil film from the surface of water, determined the characteristics of sorbents studied: buoyancy, total pore volume, water absorption and oil intensity.
Введение
За последние двадцать лет распространение вредных веществ в природной среде, вследствие производственной деятельности человека, приобрело глобальный масштаб. Поэтому загрязнение морей, океанов, почв и их биоты стало международной проблемой, а необходимость охраны объектов окружающей среды диктуется требованиями рационального использования природных ресурсов. Тревогу у экологов вызывает продолжающееся поступление в Мировой океан разливов нефти и нефтепродуктов, достигающее уже 1/5 его общей поверхности, что может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Объемы нефтесодержащих отходов, скопившихся на отдельных объектах, составляют десятки и сотни тысяч кубометров [1].
Основными источниками поступления данных компонентов являются нефтедобывающие предприятия, системы перекачки и транспортировки, нефтяные терминалы и нефтебазы, хранилища нефтепродуктов, железнодорожный транспорт, речные и морские нефтеналивные танкеры, автозаправочные комплексы и станции.
Особенно актуальна эта проблема в России, в связи с изношенностью оборудования, несоблюдением технологической дисциплины промышленных предприятий. Также имеют место значительные разливы данных продуктов в местах прохождения технологических эстакад и трубопроводов.
Существующие методы сбора нефтепродуктов не всегда оказываются способными быстро и эффективно ликвидировать разливы нефтепродуктов с поверхности воды. На пути решения этой проблемы становится важным выбрать наиболее эффективный метод сбора нефтепродуктов. Существуют различные способы очистки: механический, физико-химический, биологический, а также эффективно применение сорбционных процессов.
Одним из перспективных решений в области удаления нефтяной пленки с поверхности водных объектов является применение технологий с использованием в качестве сорбентов растительных отходов [2] Основное достоинство таких материалов -
это экологическая чистота, широкая сырьевая база, обладание сорбционной емкости по отношению к нефти и нрефтепродуктам при сравнительно низкой стоимости [3].
Поскольку перспективой развития промышленных территорий является увеличение зоны защитных растительных полос и лесопосадок, то закономерным явлением будет и увеличение объемов, образующегося смета - листового опада - деревьев озеленителей, который подвергается воздействию различных химических реагентов в пределах черты города. При характеристике листового опада как отхода возникает задача его утилизации, которая в настоящее время, как правило, осуществляется в виде захоронения на полигонах отходов. Более рациональным является исследование возможности применения листового опада в качестве сорбцион-ного материала для удаления пленки нефти с поверхности водных объектов.
Объекты исследования
В качестве объектов исследования в работе использованы: сосновая хвоя, опад листьев дуба, берёзы, осины, измельченные на мельнице до частиц размером 0,01-0,02 мм, а сорбатом выступала девонская нефть Тумутукского месторождения, которая относится к типу сернистых (класс II), парафинистых, смолистых (Республика Татарстан).
Методы исследования
Суммарный объем пор по воде для растительных отходов определен согласно стандартной методике [4]. Для исследования возможности использования опада найдена плавучесть сорбента [5]. Сорбционная емкость образцов по отношению к нефти и к воде определены в статических условиях [5]. Для установления сорбционной способности растительных отходов создана имитация нефтяного загрязнения: на поверхность воды объемом 50 мл налито 7 мл нефти, а далее растительным отходом в количестве 1 г в боксе из латунной сетки произведено удаление загрязнения. Остаточное содержание нефти в воде определено экстракционным методом
[5].
Обсуждение результатов
Проблема очистки водной поверхности, сточных вод от органических соединений, нефти, нефтепродуктов ряда химических и нефтехимических производств является одной из кардинальных проблем охраны окружающей среды. Наиболее эффективным средством очистки от этих видов загрязнения является сорбционная очистка. Несомненная актуальность метода заключается в возможности удаления загрязнений до любой остаточной концентрации и отсутствии вторичных загрязнений. Достоинства сорбционного способа — дешевизна сорбента, отсутствие особых условий его транспортировки и хранения, экологическая чистота процесса, возможность применения в качестве восстановителя материала, использование которого не приводит к повышению солесодержания в очищенной среде.
Первоначально определены физические свойства рассматриваемых растительных отходов: сосновой хвои, листового опада дуба, березы и осины, которые представлены в таблице 1. Рассматривая химический состав можно сказать о том, что наиболее сильно различавшимся показателем данного вида отхода является содержание фенольных соединений, в меньшей степени - содержание кальция, клетчатки, золы; количество азота в опаде незначительно [6].
Таблица 1 - Основные физические свойства сорбентов
Вид опада Суммарный объем пор, см3/г Плавучесть, %
Сосновая хвоя 7,346 24,0
Листья дуба 8,903 33,3
Листья березы 5,616 57,5
Листья осины 9,711 59,5
Далее в работе определена сорбционная емкость (А) листового опада массой 1 г по отношению к нефти 50 мл (рисунок 1).
п -
-♦-сосновая хвоя -Ш-листва дуба Время, мин
—*—листва березы -ч-листва осины
Рис. 1 - Сорбционная емкость образцов по отношению к нефти
Данные, представленные на рисунке 1, показывают, что поглощение нефти с течением времени идет не равномерно. Насыщение растительных отходов нефтью происходит в течение 5 минут. Наибольшим значением сорбционной емкости обладает опад листьев березы - 9.829 г/г, а наименьшим хвоя сосны - 6.753 г/г.
Так как при ликвидации нефтяных разливов сорбентами, кроме нефти, поглощается и вода. Поэтому при выборе сорбционного материала необходимо обращать большое внимание на его способность поглощать воду (рисунок 2).
10
—листва березы -листва осины
Рис. 2 - Сорбционная емкость листового опада по отношению к воде
Как видно из рисунка 2, растительные отходы обладают гидрофильными свойствами, полное насыщение пор водой для сосновой хвои происходит в течение 5 минут, а для листвы березы, дуба и осины - 5 минут.
Особый интерес представляет удаление пленки нефти с поверхности воды. Поэтому далее в работе исследованы сорбционные способности рас-тигельных отходов (хвоя сосны, листья дуба, берёзы и осины) при ликвидации аварийных розливов нефти на водных объектах. На рисунке 3 представлена зависимость поглощения нефти с поверхности воды, из которой видно, что первоначально идет заполнение макропор, затем - мезопор и только в конце микропор (выход графиков на прямую).
13
5 1 " 77/
= 6 ____•-•
5 в/ < 4 щг* 3 ■ 2 |/ 1 | ОМ
О 5 10 15 20 25 30
-•-сосновая хтюя -■-листва дуба Время, лит
—*—березовая листва ■—осиновая листва
Рис. 3 - Зависимость сорбционной емкости сорбентов от времени
Зависимость остаточного содержания нефти в воде от времени сорбции представлена на рис. 4.
6
О 5 10 15 20 25 30 ■•-сосновая хвоя -И-листъя дуба Время, мин
листья березы листья осины
Рис. 4 - Зависимость остаточного содержания нефти в воде от времени
Из рис. 4 видно, что с течением времени остаточное содержание нефти в воде уменьшается: при 5 минутном контакте от 1,7 г до 3,5 г, при этом лучший результат показывает листва осины.
Анализируя кривые зависимости изменения сорбционной емкости сорбента от времени, можно сделать вывод о том, что поглощение с поверхности воды идет так же не равномерно: при увеличении времени выдержки емкость образцов увеличивается, и полное их насыщение наступает через 3-5 мин. Это можно объяснить заполнением пор сорбента водой и нефтью, равенством значения скоростей процессов сорбции и десорбции. Как видно из рисунков 3 и 4, наибольшее значение сорбционной емкости достигнуто листвой осины, так как она обладает наибольшим суммарным объемом пор, а
также плавучестью, а наименьшие значения - характерны для сосновой хвои.
Заключение
В ходе исследования изучена возможность применения отходов растительного происхождения (сосновой хвои, опада листьев дуба, березы и осины) для ликвидации пленки нефти с поверхности воды, определены характеристики исследуемых сорбентов: плавучесть, суммарный объем пор, водо-поглощение и нефтеемкость.
Литература
1. Мухутдинов А. А. Основы и менеджмент промышленной экологии / А.А. Мухутдинов. - Казань: Магариф, 1998. - 380с.
2. Степанова С.В. Ликвидация разливов нефти сорбцион-ным методом с применением новых материалов /С.В. Степанова, О.А. Кондаленко, С.М. Трушков, В.А. До-можиров // /Вестник Казан. технол. ун-та. -2011. -№ 10, -с. 159-160
3. Шайхиев И.Г. Исследование удаления нефтяных пленок с водной поверхности плазмообработанными отходами злаковых культур 1. Лузгой овса /И.Г. Шайхиев, С.В. Степанова, В.В. Доможиров, И.Ш. Абдуллин // /Вестник Казан. технол. ун-та. -2011. -№ 12, -с. 110-117
4. Смирнов А. Д. Сорбционная очистка воды / А. Д. Смирнов. - Л.: Химия, 1982. - 168с
5. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю. Лурье. - М.: Химия, 1984. - 448 с.
6. Плешков В.П. Биохимия сельскохозяйственных растений / В.П. Плешков. - Москва, 1965.- 447с.
© А. А. Алексеева - аспирант кафедры «Инженерная экология», Казанский национальный исследовательский технологический университет, annank90@mail.ru; С. В. Степанова - к.т.н., доцент кафедры «Инженерная экология», Казанский национальный исследовательский технологический университет, ssvkan@yandex.ru.
© А. А. Alekseeva - graduate student of environmental engineering, Kazan National Research Technological University annank90@mail.ru; S.V. Stepanova - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of environmental engineering, Kazan National Research Technological University, ssvkan@yandex.ru.
