Данная работа посвещена исследованию оценки эффективности использования сорбентов растительного происхождения для обезвреживание нефтезагрязненных почв, а также очистки вод от нефтепродуктов. В качестве сорбента был использован рисовая шелуха которая является многотоннажным отходом загрязняющие окружающую среду. В лабораторных условиях проводились разрушение целлюлозно- лигниновой структуры шелухи с помощью почвенных аэробных и анаэробных, были проведены эксперименты по оценке воздействия рисовой шелухи в качестве наполнителя загрязненной почвы, в результате чего рисовая шелуха, создавая воздушное пространство внутри почвы, способствует интенсивному окислению нефтепродуктов кислородом воздуха, и их деградации.
Введение. Разливы нефти при её добыче, а также аварийность систем трубопроводного, железнодорожного и автомобильного транспортирования нефти и нефтепроводов; все это обостряет проблему охраны окружающей среды.
В перечень чрезвычайных ситуаций входит ликвидация нефтяных разливов.
Попадание нефти и её компонентов в окружающую среду, будь то воздух, вода или почва, вызывает изменение их физических, химических, биологических свойств и характеристик, нарушает протекание естественных биохимических процессов.
Сложность проблемы заключается не только в её масштабах, но и в разработке критериев и методов борьбы с этим сложным и непостоянным по-своему составу загрязнением. Нефть-это сложный комплекс веществ, состояний из 3000 ингредиентов, каждый из которых обладает индивидуальной растворимостью и биодеградацией [1].
Распространение нефтяного загрязнения по почвенной поверхности ведет к нарушению структуры почвы, азотного режима, к ухудшению водопроницаемости почвы, деградации растительного покрова, а также снижается продуктивность сельскохозяйственных земель.
В настоящее время одной из приоритетных современных задач по защите окружающей среды является поиск высокоэффективных сорбентов нефти и нефтепродуктов.
Требования, предъявляемые к разработке сорбентов, это:
- эффективность;
- величина относительной сорбции;
- экологическая чистота.
Методика и материалы исследования. Транспортные затраты на доставку (сырья, затраты на переработку, утилизацию, захоронение, экологическая безопасность процессов переработки использованных сорбентов) приводит к тому, что выгоднее всего в настоящее время использовать сорбенты растительного происхождения [2].
При производстве сорбентов для поглощения нефти и нефтепродуктов в качестве сырья можно использовать и лузгу гречки и подсолнечника, и шелуху овса и риса, и кукурузные початки, и камышовую сечку, и черную скорлупу грецкого ореха и т.д.
Использование всех этих материалов, являющихся потенциальным местным сырьем для производства сорбентов, позволяет совместить ликвидацию отходов сельскохозяйственного производства с природоохранной деятельностью [3].
Нефтепоглощающая способность растительных отходов является главным критерием, который следует учитывать при производстве того или иного вида сорбента, поскольку нефтеемкость производимого сорбента напрямую зависит от изначальной нефтеемкости чистого сырья.
Таблица 1 - Питательный состав рисовой соломы в 1га-кг
Нефтепоглощающая способность растительного сырья приведена в рисунке 1 [4]. В таблице 2 [5] приведены данные по нефтепоглощающей способности некоторых сорбентов после специальной обработки.
Рисунок 2 - Обработка нефтезагрязненных почв с использованием растительных отходов
Таблица 2 - Нефтепоглощающая способность растительных материалов после специальной обработки
Рисунок 3 - Водопоглащающая способность сорбентов
Результаты исследований. Кызылординская область - широко известна развитым рисоводством, которое в свою очередь является, также источником ежегодного многотоннажного отхода – рисовой шелухи, загрязняющей окружающую среду.
Вследствие того, что рисовая шелуха, являясь кремнийорганическим полимером растительного происхождения, не горит и не гниет, а также в силу доступной дешевизны, она является незаменимым источником для получение биокомпоста, необходимого для биодеградации нефтепродуктов.
Нами в лабораторных условиях для получения этого компоста проводилось разрушение целлюлозно-лигниновой структуры шелухи с помощью почвенных аэробных и анаэробных, были проведены эксперименты по оценке воздействия рисовой шелухи в качестве наполнителя загрязненной почвы, в результате чего пришли к выводу, что рисовая шелуха, создавая воздушное пространство внутри почвы, способствует интенсивному окислению нефтепродуктов кислородом воздуха, и их деградации.
С целью определения возможности очистки нефтезагрязненных вод почв с помощью сорбентов рисовая шелуха, нами изучены их сорбционные характеристики в динамических условиях:
- степень десорбции нефти, характеризующих возврат нефти в производственный цикл и возможность многократного его использования;
- нефтеемкость;
- водопоглащение;
- плавучесть.
Известно, что сорбционная емкость исследуемых материалов зависит от вязкости нефти: если нефть легкая, маловязкая (v= 3,27 cCT при 200С ) то полная сорбционная емкость рисовой лузги составляет 4,9.
Если нефть – тяжелая, высоковязкая (J=186, cCT), то сорбционная емкость рисовой лузгии составляет 8,8.
Путем механического отжима в зависимости от типа нефти и свойств сорбента удается возвратить в производственный цикл (таблица 4). Рисовая шелуха (нефть 1- 61,612 %).
Регенерация химическими способами экономически целесообразна, т.к. требуется затрат реагентов, также становится проблемой дальнейшей переработки образующих отходов. В этом плане представляет интерес термическая переработка сорбентов с остаточным содержанием нефти.
После термообработки при 500 0С при ограниченном доступе воздуха улетучивается до 20 % сорбентов.
После полной чистке сорбентов от нефти проводились исследования по дальнейшему использованию сорбентов по их основным свойствам (сорбционная емкость, плавучесть и водопоглощение) [3].
Таблица 3 - Основные свойства рисовой шелухи
При исследовании карбонизованной рисовой шелухи, наблюдается разрушение его структуры при отделении нефти, приводящее к уменьшению плавучести и сорбционности [6].
После проведения повторного использования сорбентов, проводился отжим сорбированной нефти. При этом выход нефти составил - 40-44,2%.
Таблица 4 - Выход нефти
Из таблицы видно что, чем меньше сорбционная емкость нефти, тем меньше становится возвращение его в производственный цикл.
При определении возможности очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов исследования показали, что в зависимости от скорости пропускания очищаемого раствора через неподвижный слой адсорбента и концентрации нефти в очищаемой воде, способность поглощение сорбентов увеличивается.
Являясь продуктом переработки отходов растительного сырья, по степени очистки сорбент на основе рисовой шелухи обеспечивает высокую степень очистки воды от нефтепродуктов.
Следует также отметить еще одно преимущество: сорбент содержит малое количество примесей, имеет большое содержание углерода, поэтому близок по-своему строению к активным углям, а разветвленное строение диоксида кремния придает ему прочность и термическую устойчивость.
Следовательно, высокие сорбционные характеристики сорбента на основе рисовой лузги не уступающие аналогичным показателям сорбции на активных углях, обеспечивает эффективность глубокой доочистки высококонцентрированных растворов нефтепродуктов.
Также известно, что сорбция нефти и нефтепродуктов различными сорбентами существенно зависит не только от плотности самого сорбента и вязкости нефти, но и от времени насыщения [2, 5, 7].
Таблица 5 - Сорбционная емкость сорбентов по нефти различной вязкости
Как видно, сорбционная емкость со временем насыщения увеличивается и стабилизируется при 100-120 мин, и поэтому необходимо учитывать время насыщения.
Анализ результата. В настоящее время выгоднее использовать сорбенты растительного происхождения. При производстве сорбентов для поглощения нефти и нефтепродуктов в качестве сырья можно использовать рисовую шелуху. Рисовая шелуха была использована в качестве наполнителя загрязненной почвы, в результате чего рисовая шелуха, создавая воздушное пространство внутри почвы, способствует интенсивному окислению нефтепродуктов кислородом воздуха, и их деградации.
Шелуха обеспечивает высокую степень очистки вод от нефтепродуктов. Полученный сорбент содержит малое количество примесей, имеет большое содержание углерода, поэтому близок по-своему строению к активным углям, а разветвленное строение диоксида кремния придает ему прочность и термическую устойчивость. Исследованы сорбционные процессы, протекающие в системе сорбент-нефть (нефтепродукт) - вода и влияние на них ряда факторов (вязкости нефти, толщины нефтяного слоя, длительности сорбции и др.). Показано, что увеличение нефтяной пленки повышает нефтепоглощающую способность сорбента, снижает или стабилизирует его водопоглощение, наибольшая степень очистки водной поверхности от нефти достигается сорбентом рисовой шелухи (до 99%). Сорбционная способность сорбента полученного из рисовой шелухи очень высокая, и он обеспечивает эффективность глубокой доочистки высококонцентрированных растворов нефтепродуктов. Полученный сорбент из рисовой шелухи экологический чистый и безвредный.
Литература
- Химия нефти и газа. Программа курса.М.: Высшая школа.
- Б.А. Темирханов., З.А.Темердашев Исследование возможностей регенерации и повторного использования некоторых сорбентов для сбора нефти. //Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. №5.С.19-21.
- Б.А. Темирханов., З.А.Темердашев., Шпигун О.А. Оценка некоторых свойств сорбентов при ликвидации нефтяных загрязнений // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. №2.С.16.
- Хлесткин Р.Н., Самойлов Н.А. О ликвидации разливов нефти при помощи растительных отходов // Нефтяное хозяйства. №7. С.24.
- Шеметов В.Ю., Матыцин В.И., Игнатенко Е.А. Нефтесорбенты для сбора плавающей нефти с водных поверхностей и ликвидации последствий загрязнений почвогрунтов. М.: 1991.С.2-10.
- Каменшиков Ф.А., Богомольный Е. И. Нефтяные сорбенты. Москва-Ижевск, С.268.
- К.К. Кудайбергенов. Разработка и изучение карбонизованных сорбентов для очистки воды от нефтяных загрязнений. КазНУ им.Аль-Фараби - Алматы 2012, [16-31]