CC BY
864
УДК 504.4.054.001.5
СОРБЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ И ПРИРОДНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Н.А. Собгайда, доцент, к.х.н., Энгельсский технологический институт (филиал) ГОУ ВПО Саратовский государственный технический университет,
г. Энгельс, Россия
Аннотация. Представлены современные литературные данные по сорбционным материалам для очистки сточных и природных вод от нефтепродуктов. Описаны биологические препараты, сорбенты, изготовленные из отходов производств.
Ключевые слова: очистка воды, сорбенты, нефтепродукты, нефтеёмкость, биосорбент.
СОРБЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ І ПРИРОДНИХ ВОД
ВІД НАФТОПРОДУКТІВ
Н.А. Собгайда, доцент, к.х.н., Енгельський технологічний інститут (філія) ДОУ ВПО Саратовський державний технічний університет, м. Енгельс, Росія
Анотація. Представлено сучасні літературні дані щодо сорбційних матеріалів для очищення стічних і природних вод від нафтопродуктів. Описано біологічні препарати, сорбенти, виготовлені з відходів виробництв.
Ключові слова: очищення води, сорбенти, нафтопродукти, нафтомісткість, біосорбент.
SОRBTIGN MATERIALS FOR WASTE AND NATURAL WATERS CLEARING
FROM OIL PRODUCTS
N. Sobgayda, Associate Professor, Candidate of Chemical Science, Engels Technological Institute (branch) Saratov State Technical University, Engels, Russia
Abstract. Modern literary data on sorbtion materials for waste and natural waters cleaning from oil products is presented. Biological preparations, the sorbents made of industrial wastes are described.
Key words: water treating, sorbents, oil products, petrocapacity, biosorbent.
Введение
Проблема борьбы с разливами нефти и нефтепродуктов при авариях в настоящее время является актуальной для всего мира. Большое количество нефти поступает в природные воды при ее перевозках водным путем, со сточными водами предприятий нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Разливы, утечки нефти и нефтепродуктов, а также отходы производства, как показывает практика, неизбежны при их добыче, переработке и транспортировке. Основное количество аварийных ситуаций ре-
гистрируется на предприятиях нефтедобывающей промышленности и трубопроводного транспорта. В отличие от локально расположенных предприятий, здесь практически невозможно предусмотреть меры по защите окружающей среды на всей протяженности, достигающей многих тысяч километров. Наибольшую экологическую опасность представляют разливы нефти на поверхности морей, водоемов и рек, так как при этом в течение нескольких часов тонкая пленка нефтепродуктов может покрыть десятки и сотни квадратных километров водной поверхности, перемещаясь с течением воды, и разливы
нефти довольно сложно локализовать. Образующаяся при этом на водной поверхности пленка углеводородов препятствует поступлению кислорода в воду, нарушается воздухообмен. Кроме того, часть вредных углеводородов растворяется в воде и пагубно воздействует на обитателей гидросферы.
Анализ публикаций
Для очистки вод от нефтепродуктов в последние годы разработано множество материалов.
Огромный интерес представляют биологические препараты, которые уже широко применяются в нашей стране и за рубежом.
Авторами [1] предложен способ получения из порошковой фракции стекловидных удобрений биологического сорбента для утилизации загрязнений. Технология включает химические и микробиологические методы деструкции загрязнений водных и почвенных поверхностей нефтепродуктами. При производстве стекловидных удобрений в процессе грануляции 15-20 % материала переходит в пылевидную фракцию. Одним из направлений применения мелкой фракции удобрений является превращение ее во вспененный материал, используемый для иммобилизации микроорганизмов при очистке загрязненных нефтепродуктами территорий. Комплексная сорбционно-микробиологическая технология очистки почвы и воды предполагает использование на первом этапе механических методов локализации и сбора загрязнений (боно-вых ограждений, скиммеров, высокоэффективных природных сорбентов). На втором этапе очистки для биодеструкции углеводородов используются новые высокоэффективные биопрепараты «АВАЛОН» (для водных акваторий) и «БИАВА» (для почвы) (Пат. 2181701 РФ, Пат. 2248255 РФ). Препараты состоят из ассоциации штаммов — деструкторов углеводородов, иммобилизованных на пористом сорбенте, представляющем собой вспененные стеклообразные полифосфаты переменного состава.
Принципиальное отличие пеностеклянных носителей «АВАЛОН» и «БИАВА» от ранее известных связано с тем, что для традиционных носителей характерно снижение каталитической активности из-за отравления поверхности катализатора продуктами хи-
мических реакций, а для них - нет. В данном случае, благодаря интенсивному процессу растворения, идет постоянное обновление поверхности носителя и, таким образом, не происходит снижения их каталитической активности. Вспененные стеклообразные фосфаты не только являются носителями микроорганизмов, но и создают благоприятные условия для их жизнедеятельности, протекания биохимических реакций [2].
«БЕЛВИТАМИЛ», биосорбент нефтепродуктов - является активным илом целлюлозно-бумажного производства и содержит значительное количество сапротрофных микроорганизмов (104 - 105 КОЕ/л) и питательных веществ (целлюлозное волокно, лигнин, полисахариды и др.). Он не токсичен (прошел тестирование как кормовая добавка), обладает высокой активностью в отношении нефтепродуктов (используется для биоремедиации нефтезагрязненных почв) [3].
«ЭКОНАДИН» - бактериальный препарат нового поколения на основе авирулентных нефтеокисляющих бактерий, проявляет сорбционную и деструктивную активность по отношению к углеводородам нефти. «ЭКОНАДИН» (ТУ 30171732-001-2000 Препарат бактериальный «ЭКОНАДИН», регистрация в Госстандарте 11.09.2000, № 095/004466) представляет собой порошок коричневого цвета, дисперсный, либо с волокнистыми включениями, плавучий, гидрофобный. В основе препарата - бактерии - супердеструкторы углеводородов нефти, иммобилизованные по специальной технологии на органическом субстрате - торфе. Экологически чистый, нетоксичный, без запаха. Сорбционная емкость от 1:5 до 1:10, в зависимости от вида нефтепродукта и модификации препарата. Явление десорбции нефтепродуктов, в отличие от других сорбентов, практически отсутствует [4].
Для ускорения процесса разложения нефтепродукта применяют препарат-биодеструктор микробно-ферментный Микрозим (1ш) «ПЕТРО-ТРИТ». Данный препарат представляет собой полностью натуральный биологический деструктор нефтяных углеводородов, предназначенный для экологически безопасной очистки почвы и воды от нефтяного загрязнения. Биоценоз биопрепарата представлен 5 отделами микрофлоры, постоянно встречающейся в почвах России. Это
естественные, нетоксичные, непатогенные генетически не измененные селективно улучшенные строго сапрофитные аэробные и анаэробные факультативные микроорганизмы. Биоценоз препарата иммобилизирован в форме сухих спор в состоянии анабиоза на экологически чистом питающем носителе из кукурузной муки. Внешне биопрепарат представляет собой однородный сухой порошок, цвет которого варьируется от желтого до светло-коричневого цвета, с ярко выраженным характерным запахом хорошо удобренной почвы или навоза. Принцип действия препарата Микрозим (1ш) «ПЕТРО - ТРИТ» основано на усвоении живыми микроорганизмами углеводородов нефти в качестве источника энергии жизнедеятельности. Одновременно в препарате применен ряд естественных биологических веществ, разрушающих и видоизменяющих структуру нефтяного загрязнения, интенсифицирующих активность углеводородокисляющих микроорганизмов. Биопрепарат «ПЕТРО-ТРИТ» содержит необходимую готовую органическую и минеральную подкормку в оптимальном для роста бактерий соотношении; применяемые в биопрепарате микроорганизмы поддерживают и интенсифицируют азотфик-сацию из воздуха. Дополнительное применение подкормки требуется на 2-3-м этапах очистки, а также на всех этапах очистки высококонцентрированных (с содержанием нефтепродуктов > 50 %) отходов. В качестве подкормки углеводородокисляющих бактерий препарата рекомендуется использовать органические источники азота и фосфора или минеральные удобрения [5].
Наибольший интерес вызывают сорбенты, изготовленные из отходов различных производств. Используя отходы различных производств в качестве сорбентов, решаются сразу две основные экологические проблемы: очистка загрязненной воды и утилизация отходов.
В качестве поглотителей нефтепродуктов широко используют отходы деревообрабатывающей и целлюлозной промышленности, растительные отходы костры, пакли, мха и лишайника [6].
В конкурсе инновационных проектов по экологии была представлена работа, в которой предложен сорбент на основе эластичного пенополиуретана и шелухи гречихи
(ППУ ШГ-45). Он представляет собой композиционный материал, используемый для сбора нефти и нефтепродуктов в случае аварийных разливов. В состав сорбента входит до 45 % шелухи гречихи, которая является отходом сельскохозяйственных производств. В настоящее время квалифицированно не утилизируется, что загрязняет окружающую среду и выводит полезные площади из оборота. Вторым ингредиентом композиции является эластичный пенополиуретан (поролон), признанно являющийся отличным поглотителем.
Авторами [7] изучена возможность использования природных сорбирующих материалов для улавливания нефтепродуктов: кора хвойных пород и солома резанная, являющаяся отходом сельского хозяйства.
Большое внимание привлекла работа [8] авторов, в которой показана возможность использования рисовой лузги для сорбции нефтепродуктов. Результаты данной работы широко применяются в Краснодарском крае, где выращивается и перерабатывается рисовая культура и данный отход находится в изобилии.
Помимо отходов, характерных для территории РФ, применяют экзотические материалы. Так, например, Уфимские ученые предлагают использовать сорбент БиЬЯ0МАВ80КВ, который представляет собой волокнистую часть плодов дерева 8ишаиша, широко распространенного в Республике Мозамбик. Волокно бледно-желтого цвета, состоящее из пучков нитевидных линейных структур длиной 15-20 мм и диаметром нити 0,0050,006 мм, напоминает по строению волокно коробочек хлопчатника, которое является основой ранее разработанного в Уфимском государственном нефтяном техническом университете эффективного сорбента «СИН-ТАПЭКС» [8]. Сорбент БиЬЯ0МАВ80КВ, как и «СИНТАПЭКС», является гидрофобным веществом. При нанесении волокон БиЬЯ0МАВ80ИВ на поверхность воды ни пресную, ни морскую воду сорбент практически не поглощает: в течение 1-24 ч контакта с водой водопоглощение сорбента составляет всего 0,1-0,2 г/г абсорбента (водо-поглощение сорбента «СИНТАПЭКС» -
0,2 г/г). Гидрофобность этих сорбентов определяется их спецификой: волокна предназначены для транспортировки плодов в воде в
природных условиях до места прорастания плода и имеют на своей поверхности тонкую масляную пленку, препятствующую их смачиванию водой [9].
Еще не менее экзотичный сорбент, который находит широкое применение в РФ СЬБАК8Р1ЬЬ8. Это полностью натуральный и нетоксичный абсорбент, экологически чистый продукт на органической основе. Он изготовлен из стружки скорлупы кокосового ореха с применением безреагентной технологии производства. В своем естественном состоянии биологически и химически не активен, является абсолютно инертным, неабразивным, нескользким и практически не пылит. СЬБАК8Р1ЬЬ8 отличается хорошо развитой микропористой структурой и высокой прочностью, что позволяет ему эффективно абсорбировать и инкапсулировать - заключать в так называемые «капсулы», т. е. изолировать нефтепродукты при контакте.
СЬБАК8Р1ЬЬ8 очень быстро абсорбирует, один килограмм поглощает от восьми до десяти килограммов нефтепродуктов. Степень поглощения зависит от вязкости нефтепродуктов. У СЬБАК8Р1ЬЬ8 практически отсутствует десорбция, он эффективно удерживает поглощенные нефтепродукты. При поглощении нефтепродуктов сорбент не увеличивается в объеме и не теряет механической прочности. Благодаря термической обработке обладает гидрофобным свойством, поглощает нефтепродукты, а не воду, после чего как поплавок держится на поверхности воды и имеет абсолютную плавучесть.
СЬБАК8Р1ЬЬ8 обладает естественной способностью к полной биодеградации поглощенных нефтепродуктов, что позволяет после проведения агрообработки оставлять его на земле для последующей ремедиации и рекультивации. СЬБАК8Р1ЬЬ8 является агентом для ремедиации и рекультивации земель и не поддается выщелачиванию.
СЬБАК8Р1ЬЬ8 - уникальный абсорбент, производится в Шри-Ланке с 2006 года по эксклюзивной, запатентованной технологии и не имеет аналогов ни в России, ни во всем мире [10].
С применением одноразовых шприцов в медицине появилась проблема их утилизации. Авторы [11] предлагают получать образцы волокнистых материалов из отходов полипропилена марок 21030-16 - 21060-16 и де-
зинфицированных одноразовых шприцев и использовать для поглощения нефтепродуктов. Волокнистые материалы были получены при различных температурах расплава и различных скоростях вращения чаши с расплавом (Пат. 2179600 РФ), что определяло различные значения среднего диаметра волокна. Полученные сорбенты возможно регенерировать путем выделения нефтепродуктов на центрифуге [11].
Авторами статьи [12] предлагаются сорбенты для нефтепродуктов из твердого остатка пиролиза (ТОП) изношенных шин. Крупные межчастичные поры в ТОП не оказывают заметного влияния на адсорбционную емкость при адсорбции паров органических соединений и низкомолекулярных кислот из водных растворов. Однако они могут играть решающую роль при сорбции нефти и нефтепродуктов, разлитых по поверхности водоемов. Это объясняется доступностью крупных межчастичных пор для молекул нефти и нефтепродуктов, имеющих большие молекулярные массы по сравнению с парообразными органическими соединениями и низкомолекулярными органическими кислотами. Несмотря на то, что нефтеемкость ТОП в
1,5-2 раза меньше, чем таких сорбентов как «ТУРБОДЖЕТ» и «ПИТСОРБ», стоимость 1 кг ТОП ниже стоимости этих сорбентов в 18-20 раз. Кроме того, ТОП производится в Республике Татарстан и является доступным для очищения поверхностей водоемов от нефти, разлитой при ее добыче, транспорте и авариях на нефтепромыслах и нефтепроводах. Также следует учесть, что при производстве ТОП утилизируются изношенные шины, являющиеся загрязнителями окружающей среды, и рационально используется твердый углеродный продукт пиролиза [12].
Сорбент «УНИСОРБ» - композиционный материал на основе активных тонкодисперсных резиновых порошков с высокоразвитой поверхностью (удельная геометрическая поверхность от 2500 до 6000 см2/г). «УНИ-СОРБ» - эффективный сорбент сырой нефти и жидких нефтепродуктов с поверхности воды и почвы. Отличительными особенностями сорбента «УНИСОРБ» являются не только адсорбция нефти и нефтепродуктов, но и набухание в них. Процент набухания зависит от фракции нефти и может достичь 120-150 %, поэтому с увеличением молекулярной массы углеводородов степень их извлечения увеличивается. Важными особенностями сорбента
«УНИСОРБ» являются низкая плотность и высокая водостойкость [13].
Выводы
В результате проделанного литературного обзора хотелось бы отметить, что, несмотря на огромный ассортимент сорбентов для нефтепродуктов, проблема очистки сточных и природных вод не решена. В настоящее время предпочтение отдается эффективным, легкодоступным, недорогим высокосорбционным материалам.
Литература
1. Карапетян Г.О. Экологически безопасное
стеклообразное удобрение «Агровитак-ва-АУА», восстанавливающее природные ресурсы / Г.О. Карапетян, К.Г. Карапетян, В.Е. Коган // Тр. юбилейной научно-техн. конф. АИН РФ. - СПб. : СПбГТУ, 2001. - С. 15-18.
2. Бойкова А.В. Стекловидные фосфатные материалы в новых технологиях очистки почвы и воды от нефтепродуктов / А.В. Бойкова // Экология и промышленность России. - 2006. - № 11. - С. 7-8.
3. Киреева Н.А. Интенсификация биодеструкции нефти в почве при использовании биопрепарата / Н.А. Киреева, Т.С. Онего-ва, Н.В. Жданова // Нефтяное хозяйство. - 2004.- № 5. - С. 22-26.
4. http://www.econad.com/ua/index.php. Сорбент - биодеструктор «Эконадин»
5. http://www.mikrozym.ru/oilspills.htm. Препарат-биодеструктор нефтяного загрязнения Микрозим^ш) «Петро Трит».
6. Балтренас П.Б. Натуральное сырье для производства сорбента нефтепродуктов /
П.Б. Балтренас, В.И. Вайшис, И. А. Бабе-лите // Экология и промышленность России. - 2004. - №5. - С. 36-39.
7. www.ekolkonfiinno.ru
8. Щепакин М.Б. Эколого-технологический комплекс для очистки гидросферы от нефти и нефтепродуктов / М.Б. Щепакин, И.Г. Гафаров, Г.М. Мишулин, И.Х. Исра-филов // Экология и промышленность России. - 2000. - Ноябрь. - С. 40-44.
9. Консейсао А.А. Применение сорбента Dulromabsorb для сбора нефтепродуктов с мест аварийных разливов / А.А. Консейсао, Н.А. Самойлов // Нефтяное хозяйство. - 2006. - № 12. - С. 140-143.
10. www.cleanspills.ru. Натуральный сорбент «СЬБАК8Р1ЬЬ8» из скорлупы кокосового ореха.
11. Бордунов В.В. Очистка воды от нефти и нефтепродуктов / В.В. Бордунов, С.В. Бор-дунов, В.В. Леоненко // Экология и промышленность России. - 2005. - №8. -С. 8-10.
12. Мухутдинов А.А. Адсорбент из твердого пиролиза изношенных шин / А.А. Му-хутдинов // Экология и промышленность России. - 2005. - № 2. - С. 20-23.
13. Сироткина Е.Е. Материалы для очистки воды от нефтепродуктов / Е.Е. Сиротки-на, Г.И. Волкова // Экология и промышленность России. - 2007. - №9. - С. 26-27.
Рецензент: С.С. Душкин, профессор, д.геогр.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 25 октября 2010 г.
