Використання екологічно доцільних технологій для ліквідації нафторозливів

Якісний стан навколишнього природного середовища напряму залежить від розвитку технічного прогресу та антропогенного навантаження, і здебільшого зазнає все більше негативного впливу. За умови постійного зростання обсягів використання нафти та нафтопродуктів, зростає і кількість небезпечних та шкідливих речовин, що потрапляють у довкілля, так як практично всі об’єкти, пов’язані з видобуванням, транспортуванням, переробкою чи використанням нафти є потенційними та фактичними джерелами забруднення. Досить актуальною ця проблема є і для України, як транзитної держави. Тому увагу дослідників було звернуто на можливість створення екологічно доцільної технології ліквідації нафтозабруднень без нанесення шкоди довкіллю. На сьогодні серед існуючих методів видалення плівки нафтопродуктів найбільш ефективним та екологічно доцільним вважається сорбційний [1].

В якості нафтових сорбентів використовуються як природні матеріали на рослинній і мінеральній основі (бавовна, торф, торф’яний мох, тирса, деревна стружка, деревинна мука, солома, глина, перліт тощо), так і штучні синтетичні на основі віскози, гідратцелюлози, синтетичних волокон, термопластичних матеріалів, пінополіуретану тощо. До основних переваг природних адсорбентів відносять доступність, дешевизну, наявність достатніх сировинних ресурсів, не токсичність та ін., що при практичному використанні компенсує дещо понижену нафтоємність [2].
За даними [1] практично єдиною використовуваною природною органічною сировиною для виробництва сорбційних матеріалів є торф. Як приклад можна навести комерційні сорбенти «Піт-сорб» (Канада), «Елькосорб» (Фінляндія), «Фин-сорб» (Великобританія), «Сорбойль» (Росія), «Мукат-4», «Лесорб» (Білорусія). Відходи агро- та деревообробної галузей, незважаючи на великий обсяг наукових розробок, не знайшли практичного застосування. Проте варто враховувати фізико-хімічні властивості сорбційних матеріалів при різних умовах їх застосування. При використанні торфу в якості фільтруючого матеріалу для видалення нерозчинених нафтопродуктів виникає можливість забруднення очищеної води органічними домішками, присутніми в торфі.
Запаси торфу в Україні за даними [3] оцінюються у 2302,7 млн. т, це означає, що Україна може повністю забезпечити себе сировиною для сорбентів на основі торфу. Проте швидкість утворення торфу складає приблизно 0,5-1 мм на рік, а швидкість вироблення торфовищ значно перевищує цей показник. Тому, в роботі пропонується замінити сорбенти на основі торфу на більш екологічні – сорбенти на основі моху. Більше того осушення боліт і вироблення торфовищ веде за собою порушення процесів самоочищення та самовідновлення водних екосистем, їх знищення, також призводить до самозагорання торфу в літній період та лісових пожеж.
Проведені дослідження [4] сорбційних властивостей різних природних матеріалів вказують на визначальну роль структури сорбентів при поглинанні як нафти, так і води. Із досліджуваних видів найбільшу поглинальну здатність мають зразки малорозкладеного торфу верхового типу мохової і трав’яної груп, з губчастою та волокнистою структурою, які можна рекомендувати для виробництва нафтосорбентів [4]. З чого виходить, що основну роль в сорбції нафтопродуктів відіграють малорозкладені рештки рослин, зокрема мохоподібних, а саме сфагнових мохів.
Сфагнум, широко розповсюджений в природі, має високу здатність до поглинання не тільки вологи, але і різних токсичних речовин, у тому числі нафтопродуктів. Сорбційні властивості сфагнових мохів широко відомі та знайшли застосування у рослинництві, медицині та фармацевтиці, де використовуються для створення субстрату для вирощування рослин, антисептичного перев’язувального матеріалу, наповнювача гігієнічних засобів одноразового використання, ентеросорбентів.
Клітинну структуру рослинного роду Sphagnum характеризується тим, що вона складається з двох типів клітин. По-перше, рослина має хлорофільні клітини, які виконують функцію фотосинтезу. Ці клітини з хлорофілом так би мовити затиснуті між набагато більшими пустими і метаболічно більшою частиною «мертвими» гіаліновими клітинами. Гіалінові клітини забезпечені порами і підсилюються перетинками. У сфагнових рослин не розвинена коренева система, прийом поживних речовин відбувається через дуже маленькі пори по всій поверхні рослин. Відносно великі гіалінові клітини функціонують в якості запасаючих резервуарів, наприклад, клітини можуть містити кількість води, відповідно приблизно в 20 разів більше власної сухої ваги рослин. Вода може видалятися шляхом випаровування, і в гіалінових клітинах вона заміщується повітрям. Стінки гіалінових клітини, як зазначено вище, забезпечені підсилюючими перетинками, тому структура клітини підтримується і після видалення води. Саме тому висушені рослини сфагнуму зберігають клітинну структуру, а також абсорбуючу здатність і після сушіння [5]. Таким чином, будучи хорошим абсорбентом вуглеводнів, мох виключає процеси їх десорбції, а значить і можливість вторинного забруднення.
Сімейство сфагнових росте здебільшого на всіх болотах з бідними ґрунтами, і на сьогоднішній день налічує близько 40 різновидів. Рослина утворює щільний суцільний покрив і виростає у довжину на 1-5 см на рік. Ріст верхівковий (апікальний), одночасно донизу рослина відмирає. У зв’язку з цим тільки верхні 5-10 см рослин залишаються живими і здатні до фотосинтезу. Нижня частина рослин мертва і мало-помалу перетворюється в торф. Процес розкладання часто починається вже на 15 см нижче верхівки, тобто одночасно з нарощенням живої частини рослин (5-10 см) також йде приріст частини з цілими, але мертвими клітинами [5].
 Загальний вираз «сфагнум» охоплює широкий спектр ботанічних видів, які співіснують у випадкових пропорціях на сфагнових болотах. Через тривіальні назви цього рослинного сімейства, а саме «торф’яний мох», його часто помилково приймають за торф. Однак торфом є тільки розкладені частини рослин. Тому існує принципова різниця між матеріалом, який беруть з верхніх частин (близько 15 см) рослини, що складаються з цілих абсорбуючих клітин, і матеріалом, взятим з нижніх частин (мертві клітини із зруйнованою клітинною структурою і тому не здатні до абсорбції) [5].
В природних умовах сфагнум має рН=4,5. Його кислотність пов’язана з навколишнім середовищем, де він росте, і наявністю в клітинах гумусової кислоти, яка є природнім побічним продуктом життєдіяльності рослини. Саме ця кислота діє як природний каталізатор процесу активізації аборигенного біоценозу. Вказані властивості сфагнуму стали передумовою для створення простої, економічно вигідної і екологічно безпечної сорбційно-біологічної технології ліквідації нафтозабруднень на його основі. Сорбент висипають на місце розливу нафтопродукту і залишають на певний час. Для ефективного біорозкладання сорбент, насичений нафтопродуктом, перемішують з ґрунтом і створюють оптимальні умови для перебігу процесу. Відпрацьований матеріал можна залишати на місці обробки, що є особливо важливим, оскільки на практиці, як правило, розливи відбуваються на нерівному ландшафті, що характеризується наявністю ярів, балок, заболоченої чи костистої місцевості, тобто у важкодоступних для збору місцях. При можливості чи необхідності відпрацьований сорбент можна компостувати чи спалювати. У якості прикладу наводиться [6] технологія із застосуванням канадського торф’яного сфагнового моху Canadian Sphagnum Peat moss (торгівельної марки Spill-Sorb і Naturesorb), що використовувався у 2007 році при ліквідації наслідків розливів у Керченській затоці.
В Україні відомий спосіб очистки води від нафтопродуктів [7], який передбачає використання у якості сорбенту сфагновий мох Brachythecium velutinum у вигляді інкапсульованих гранул діаметром 0,1мм з діаметром макро- і мезопор 0,3-0,5 і 0,1-0,25 мкм відповідно.
Для очистки води від нафтопродуктів гранули сорбенту на основі сфагнового моху піддають термічній обробці при 250 °С з експозицією 15 хв., що забезпечує стерильність гранул та надає їм гідрофобних властивостей. Термічно оброблені гранули кидають у забруднену воду з розрахунку 3-5 г на 1л води. Молекули нафтопродуктів дифундують до зовнішньої поверхні гранули сорбенту. Потім за рахунок внутрішньої дифузії через мембрану інкапсульованої гранули адсорбат надходить по макропорах до мезопор, де відбувається процес адсорбції шляхом об’ємного заповнення. Поглинальна здатність сорбенту обумовлена його пористою структурою. Причому лінійні розміри пор відповідають діаметру молекул забруднюючих речовин, що адсорбуються. Гранули на основі сфагнового моху, що втратили поглинальну здатність в результаті заповнення мезопор через 1 добу збирають з поверхні води синтетичними канатами діаметром 10 см, які не тонуть, що дозволяє запобігти втратам відпрацьованого сорбенту і вміщують у резервуари об’ємом 1 м3 для подальшої регенерації шляхом центрифугування в автоматичних осаджувальних центрифугах. Використані гранули на основі сфагнового моху вміщують у центрифугу і проводять центрифугування протягом 1год. У процесі центрифугування під дією центробіжної сили молекули нафтопродуктів вивільняються з мезопор гранул і осаджуються у накопичувачі центрифуги. Регенеровані гранули повторно використовують для очистки води від нафтопродуктів із збільшенням норми витрати до 4-6 г на 1 л води [7].
До недоліків даного методу можна віднести високу працеємність збору відпрацьованого сорбенту, складність регенерації та певні втрати сорбенту під час його збирання. Так, в умовах відкритої водойми, стає неможливим 100 % збір відпрацьованого сорбенту, отже частина гранул, наповнених нафтопродуктом може бути втрачена, а значить зрештою осяде на дно або буде прибита до берега що призведе до часткової локалізації розливу та створення нових екологічних проблем, пов’язаних із повторним забрудненням.
Так при розробці будь яких технологій з ліквідації нафторозливів варто оцінювати не лише собівартість створення сорбенту, а і весь технологічний цикл збору, регенерації та подальшої утилізації відпрацьованого сорбенту, і не лише з економічної, а і з екологічної точки зору. Оскільки часто трапляється, що вартість збору, регенерації чи утилізації відпрацьованого сорбенту набагато вища вартості його створення. Подібним вимогам найбільше відповідають біосорбційні технології з використанням вуглеводнеокислюючих мікроорганізмів.
Біосорбційні технології базуються на процесах фізичної сорбції та біологічного розкладання поглинутої речовини мікроорганізмами. Використання біосорбційних технологій при ліквідації нафторозливів дозволяє повністю усунути забруднення без додаткових капіталовкладень та нанесення шкоди довкіллю та збільшення працеємності процесу. Недоліками такого методу можна назвати використання торфу як повільно відновлюваного ресурсу та вузькі температурні рамки. Адже у процесі розкладу мікроорганізми можуть ефективно працювати лише починаючи з 18-20 °С, що не завжди може бути досягнуто в умовах навколишнього природного середовища особливо у середніх та полярних широтах.
Враховуючи вже відомі властивості сфагнових мохів, пов’язані із абсорбційною здатністю, пропонується розробляти та практично застосовувати біосорбційну технологію на основі сфагнового моху та нафторозкладаючих мікроорганізмів. Сфагновий мох як абсорбент, здатний вбирати до 20 разів більше власної ваги нафтозабруднень, забезпечить його повне поглинання та утримання, виключаючи можливість процесів десорбції, а іммобілізовані мікроорганізми завершать процес ліквідації забруднення шляхом окиснення вуглеводнів нафти та розкладанням їх на нешкідливі сполуки. Що дозволить забезпечити повну ліквідацію нафтозабруднень без нанесення шкоди довкіллю та застосування додаткових  вартісних технологій.
З метою промислового використання сфагнових мохів в якості сировини для створення нафтосорбентів, пропонується висівати їх у вироблені ділянки торфовищ, із попереднім повторним заболоченням. Це сприятиме охороні водно-болотних угідь, раціональному використанню природних ресурсів, боротьбі із самозайманням торф’яників та уникненню лісових пожеж.

Список літератури

  • Особенности очистки воды от нефтепродуктов с использованием нефтяных сорбентов, фильтрующих материалов и активних углей / Е. В. Веприкова, Е. А. Терещенко, Н. В. Чесноков [ и др.], //Jornal of Siberian Federal University. Cemistry. – 2010. –  №5. – С. 285 – 304.
  • Сироткина Е. Е. Материалы для адсорбционной очистки воды от нефти и нефтепродуктов / Е. Е. Сироткина, Л. Ю. Новоселова // Химия в интересах устойчивого развития. – 2005. – №13. – С. 359 – 377.
  • Каменщиков Ф. А. Нефтяные сорбенты / Ф. А. Каменщиков, Е. И. Богомольний – Москва -Ижевск: НИЦ «Регуляторная и хаотическая динамика»., 2005. – 268 с.
  • Пастухова Н. О.Сорбенти на основі торфу / Н.О. Пастухова, О. В. Пастухов // Вісник НУ водного господарства та природокористування. Зб. наук. праць. – Рівне. – 2007. – № 4 (40), част. 3. – С. 146-152.
  • Пат. 2183501 Российская Федерация, МПК 7 B, 7 B 01 J. Сорбенты, содержащие сфагнум / Бенес Э. – № 98104470/12; завял. 23.08.96; опубл. 20.06.02, номер публ. 02183501.
  • Ивасишин П. Л. Ликвидация последствий разливов нефти посредством биоразлагающих сорбентов / П. Л Ивасишин //Нефтяное хозяйство. – 2009. – №5. – С. 112 – 113.
  • Пат. 49293 Україна, МПК С 02 F 1/40, E 02 B 15/04. Спосіб очистки води від нафтопродуктів / Михалевська Т .В., Фокін А. В., Франчук Г. М., Крамаренко Р. М., заявник і патентовласник Нац. авіац. ун-т. – № u200911148; заявл. 03.11.09 ; опубл. 26.04.10, Бюл.№8.

 

Використання екологічно доцільних технологій для ліквідації нафторозливів [Електронний ресурс]  / [Бондарець Ю. В., Матвєєва О. Л.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/vykorystannya-ekologichno-docilnyh-tehnologiy-dlya-likvidaciyi-naftorozlyviv

Оцінка: 
0
No votes yet