Ликвидация разливов нефти и нефтепродуктов с использованием сорбента на основе целлюлозосодержащего растительного сырья

ЛИКВИДАЦИЯ РАЗЛИВОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

С.Ф. Якубовский доцент, к.х.н., доцент,

Ю.А. Булавка к.т.н., Е.И. Майорова,

Полоцкий государственный университет, г. Новополоцк,

Республика Беларусь

Нефтяные загрязнения окружающей среды во многом выделяются среди прочих. Известно, например, что литр нефти лишает кислорода 40 тысяч литров воды, тонна нефти загрязняет 12 кв. км водной поверхности. Содержание в воде нефтепродуктов выше 0,1 мг/л придает мясу рыб, неустранимый ни при каких технологических обработках привкус и специфический запах нефти. Нефтепродукты в почве необратимо угнетают развитие растений при концентрации свыше 2 г на 1 кг почвы (порог фитотоксичности) [1]. Одним из основных этапов ликвидации нефтяных разливов является применение нефтяных сорбентов - материалов, способных впитывать в больших количествах нефтепродукты, препятствуя тем самым их миграции в окружающей среде [2].

В последние годы активно ведутся разработки по получения нефтяных сорбентов для сбора проливов углеводородов на основе отходов лесной и сельскохозяйственной промышленности, использование этого типа сырья обусловлено достаточно высокой поглощающей способностью получаемых сорбентов, их низкой стоимостью, доступностью как местного материала и возможностью дальнейшего применения.

Повышенный интерес к целлюлозосодержащему растительному сырью, обусловлен тем, что целлюлоза имеет сложную надмолекулярную структуру, минимальными структурными элементами целлюлозного волокна являются микрофибриллы, состоящие из нескольких сотен макромолекул целлюлозы. Микрофибриллы имеют аморфно-кристаллическое строение. Кристаллические участки ответственны за прочность, аморфные - за сорбционную способность волокон [3, 4].

Цель исследования - установление сорбционных свойств местных древесных отходов и отходов растениеводства, оценка пригодности их использования для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов с различных поверхностей.

В качестве объекта исследования выбраны опилки и кора сосны Pinus silvestris, солома злаковых культур в виде топливных гранул (пеллет) и околоплодники рапса (Brassica napus) и редьки (Raphanus). Высушенное сырье подвергалась механической обработке (измельчение проводилось до гранулометрического состава до 1,0 мм) и сухому фракционированию на лабораторных ситах. Часть образцов в течение 1 часа обработали 1,5 %

раствором гидроксида натрия в соответствие с общепринятой в химии древесины методикой.

Для анализа сорбционной способности выбраны нефтепродукты производимые на ОАО «Нафтан»: вакуумный дистиллят 4-го погона (ВД-4), дизельное топливо (ДТ) и керосин осветительный (марки К0-20) с различной плотностью 890, 831 и 775 г/см при 20 °С соответственно. Для изучения нефтеемкости выбрана легкая нефть плотностью 848 г/см при 20 °С.

Поглощающая способность по отношению к нефти и нефтепродуктам сорбентов в нативном виде фракций 0,25-1 мм, полученных из отходов лесной и сельскохозяйственной промышленности представлена на рисунке 1 в виде графической зависимости изменения сорбционной способности от плотности сорбтива.

"^1^=0.3552

Ц: -о.^Тч?

.....—

*—- "—~

«чкчштш мпшш ашкп л^чпг* К' - (1.КЛ }

(¡: - МЯ7

77» 815 3.15 К?* 875

Кфчин ДТ вефп Н

]1№1Шк1к1к<ф|111|>|| и|ы1 ¡«-С. г г»' (шики^тчти '» ^уи.™ "»"(. щчц

- - (Шы.чтчат: ]УЛШ1 — Ии^тмии

Рис. 1. Сорбционная способность по отношению к нефти и нефтепродуктам сорбентов в нативном виде

Анализ сорбционной способности по отношению к нефти и нефтепродуктам сорбционных материалов в нативном виде показал, что исследуемые образцы можно отнести к объемно-пористым сорбентам, поглощающим поллютант за счет капиллярных сил и удерживающих его в объеме за счет адгезии, кроме того установили ряд закономерностей:

- для большинства образцов установлена линейная зависимость -увеличение плотности нефтепродукта приводит к возрастанию сорбционной способности;

- поглощающая способность сорбентов на основе древесных отходов коррелирует с содержанием целлюлозы в сорбенте, чем выше содержание целлюлозы, тем больше степень поглощения нефтепродукта;

- экономически эффективная сорбционная способность (свыше 3,0 г/г) установлена для опилок и коры сосны, замечено, что отходы деревообработки в два раза более эффективны, чем отходы растениеводства при поглощении различных нефтепродуктов (керосина, ДТ и ВД-4).

Однако установлено, что отходы растениеводства показывают высокие результаты по сорбции нефти в отличие от других нефтепродуктов. На рисунке 2 представлены результаты анализа сорбционной способности по отношению к нефти (а) и ДТ (б) сорбентов в нативном виде и после обработки раствором

щелочи.

Околоплодник рапса

Околоплодни

Кора сосны

Корасосны

Опилкисосны Околопл°дни0

р апса 5,91

Солома

Околоплодни

Опилки сосны 6/07

6,98~

.6/21 Солома

редьки 9,79 редьки

• в нативном виде ~ остаток после щелочной обработки а б

Рис. 2. Сорбционная способность по отношению к нефти

Способность к сорбции нефти у соломы злаковых культур в нативном виде, как видно из рисунка 2, в 1,6 раза выше, чем к ДТ, а у околоплодника рапса в 3,8 раза больше поглощается нефти, чем ДТ при близкой плотности сорбтива. Данный факт может быть обусловлен высоким содержанием липофильных веществ в отходах растениеводства.

Замечено, что после экстрагирования щелочью сорбционная способность по отношению к дизельному топливу и нефти древесных отходов, увеличилась на 15-27 %, а для соломы и околоплодника редьки в 1,6-3,2 раза, данный факт, вероятно, связан с тем, что реагентная обработка растительного сырья позволяет увеличить долю аморфных зон целюллозы, что положительно сказывается на повышении удельной поверхности и адсорбционной способности материала.

К числу основных показателей эффективности сорбентов кроме нефтеемкости относят водопоглощение и плавучесть, которые при ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на водных поверхностях имеют особенно важное значение т.к. потопление нефтепродуктов из-за большого экологического риска недопустимо.

Основные сорбционные свойства изучаемых образцов в нативном виде фракций 0,25-1 мм, которые могут непосредственно использоваться при ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов или служат основой для получения нефтяных сорбентов, приведены в таблице.

Из таблицы видно, что для всех изучаемых образцов растительного происхождения характерны высокие показатели водопоглощения, что связано с наличием большого количества сильнополярных групп, таких как ОН, СООН, и др., создающих значительное свободное силовое поле. Для устранения этого явления можно осуществлять гидрофобизацию поверхности, к примеру, хорошие водоотталкивающие состава придают полиметилсилоксановая жидкость, парафин и др.

Таблица

Характеристика основных сорбционных свойств образцов

Показатель для фракции 0,25-1 мм Отходы обработки сосны Ртш БПуевШБ Солома злаковых культур Околоплодник редьки ЯарЬапш Околоплодник рапса ВгаББюа парш

кора опилки

Нефтеемкость, г/г 3,98 5,33 3,94 3,04 8,33

Водопоглощение, г/г 3,32 6,87 5,21 7,06 4,09

Степень отжима, % масс. 25,1 22,4 19,1 36,7 22,4

Плавучесть (за 24 часа), % 75 менее 1 2 менее 1 10

Анализ плавучести показал, что высокой плавучестью обладает кора сосны (более 72 ч), ограниченной плавучести (3-72 ч) солома злаковых культур и околоплодники рапса и редьки, а не плавучие свойства проявили опилки сосны (до 3 ч). Высокая плавучесть коры сосны обусловлена наличием достойного количества хвойного воска, обладающего гидрофобными свойствами. Следует отметить, что материалы с низкой плавучестью (опилки сосны и др.) при ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на водных поверхностях могут эффективно использоваться в изделиях с армирующей оболочкой - бонах, матах и др.

Сорбенты на основе изученных местных древесных отходов и отходов растениеводства могут рассеиваться при очистке различных загрязненных поверхностей от поллютанта вручную, механическими или пневматическими устройствами, далее собранный конгломерат, из пропитанного углеводородами сорбента, может подвергаться извлечению нефти (нефтепродукта) компрессионными методами (отжим на фильтрпрессах, в центрифугах). Насыщенные углеводородами (отработанные) сорбенты после механического отжима могут быть использованы в качестве топливных брикетов с повышенной теплотворной способностью или использованы в качестве смолистых добавок в асфальтовые смеси, или кровельные материалы, что не приведет к повторному загрязнению природных объектов [5].

Благодаря экологической чистоте, широкой сырьевой базе, гидрофобности и нефтеемкости при сравнительно низкой стоимости сорбенты на основе отходов лесной и сельскохозяйственной промышленности могут успешно конкурировать с промышленно производимыми аналогами. Производство сорбентов с использованием сырья неквалифицированного применения позволит расширить ассортимент нефтепоглотителей, снизить нагрузку на окружающую среду и получить экономический эффект.

Таким образом, перспективно и экономически целесообразно направление утилизации местных крупнотоннажных целлюлозо- и лигнинсодержащих древесных отходов и отходов растениеводства в качестве недорогого сорбента в процессах ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов с различных поверхностей.

Список использованной литературы

1. Гридин О.М. Семь раз отмерить. Рекламные иллюзии и реальные перспективы применения нефтяных сорбентов/ О.М. Гридин, В.Ж. Аренс, А.О. Гридин // Нефтегазовая вертикаль. 2000. - № 9. - С.28-32.

2. Самойлов H.A. Сорбционный метод ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов / H.A. Самойлов и др. М.: Химия, 2001. - 189 с.

3. Кудайбергепов К.К. Углеродные сорбенты для ликвидации аварийных розливов нефти /Кудайбергепов К.К., Онгарбаев Е.К., Мансуров З.А. // Матер. VI Междунар. симпозиума «Физика и химия углеродных материалов Наноинженерия». - Алматы, 2010. - С. 119-122.

4. Якубовский С.Ф. Особенности микроструктуры отходов сухой окорки сосны как сырья для получения нефтяных сорбентов / С.Ф. Якубовский, Н.В. Ощепкова, Ю.А. Булавка, С.С. Писарева, Л.А. Попкова// Вестник Полоцкого гос. ун-та. Сер. B, Промышленность. Прикладные науки. - 2011. - № 11. -С. 154-157.

5. Сорбционные свойства природных целлюлозо- и лигнинсодержащих отходов для сбора проливов нефтепродуктов/ С.Ф. Якубовский, Ю.А. Булавка, Л.А. Попкова, С.С. Писарева // Вестник Полоцкого гос. ун-та. Сер. B, Промышленность. Прикладные науки. - 2013. - № 11. - С.110-115

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ В СИСТЕМАХ АСПИРАЦИИ ЗЕРНОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ

А.А. Ярмолич, курсант, А.И. Зуборев, преподаватель, А.Г. Кравцов, профессор, д.т.н., доцент, Гомельский инженерный институт МЧС Республики Беларусь,

г. Гомель

В настоящее время в системах аспирации зерноперерабатывающих предприятий Республики Беларусь широко применяются фильтры торговых марок «РЦИ» и «РЦИЭ». Это - пористые тканевые (матерчатые) рукавные фильтры, принцип работы которых основан на пропуске запылённого воздуха через систему переплетенных ворсистых нитей, причем именно ворсинки выполняют основную функцию задержки пыли. Указанные фильтры демонстрируют достаточно высокую степень очистки, позволяя на выходе из

-5

фильтра снижать запылённость воздуха до 2 мг/м с входного уровня до

-5

15 мг/м . Тем не менее, сохраняет актуальность поиск новых технических и конструкционных решений в области очистки запылённого воздуха.

Анализ материалов, применяемых для производства фильтрующих элементов (ФЭ), позволил сделать вывод, что наиболее перспективным сырьём являются полимеры. Использование для формирования волокон расплавов