Очистка нефтесодержащих сточных вод с помощью природных и искусственных сорбентов

В настоящее время развитие нефтяной промышленности происходит быстрыми темпами. При добыче, транспортировке, переработке, а также при различных авариях наблюдается загрязнение окружающей среды. Особую актуальность приобретает проблема загрязнения водных объектов. Такое загрязнение наносит ущерб не только окружающей среде, но и прежде всего здоровью человека.

При попадании на водную поверхность нефтепродукты быстро загрязняют обширные территории, образуя на поверхности тонкую плёнку. Такая плёнка нарушает естественный газообмен, препятствуя ему. Таким образом, на местные биоценозы оказывается негативное воздействие, что приводит к изменениям в экосистеме в целом.

В настоящее время существуют различные методы, позволяющие эффективно бороться с загрязнениями окружающей среды нефтью и нефтепродуктами. К стандартным методам относятся: механический, химический, физический, физико-химический, микробиологический. Кроме того для решения данной проблемы разрабатываются всё новые методы и технологии. К ним можно отнести биосорбционый метод, озонирование воды, очистка с помощью магнитов, чистка флотационно-кавитационным методом, очистка с помощью магнитных наночастиц [1], биологическая очистка [2] и другие.

Мировой опыт решения данной проблемы показывает, что наиболее эффективным, экологически безопасным, и экономически целесообразным является метод сорбционной очистки [3]. При выборе сорбционного материала большое внимание уделяется его сорбционным характеристикам, а также стоимости изготовления и доступности сырьевой базы [3, 4]. Кроме того, выбор того или иного сорбента во многом зависит от различных факторов, таких как: требование к качеству очистки, состояния загрязняющих веществ, этап очистки и других.

В настоящее время ведётся активный поиск материала, позволяющего наиболее эффективно бороться с нефтяными загрязнениями и обладающего относительно низкой стоимостью.

Сейчас в мире производится или используется для ликвидации разливов нефти около двухсот различных сорбентов [5]. Каждый из них обладает достоинствами и недостатками.

Все сорбенты условно делят на природные и искусственные.

Природные сорбенты. Сорбционными свойствами обладают многие природные материалы, такие как цеолиты, сапропели, торфы и т. д. Стоимость природных сорбентов в десятки раз ниже, чем искусственных, поэтому часто их не регенерируют [6]. Наиболее перспективным направлением является производство сорбентов на основе растительных остатков и отходов производства. В качестве примера можно привести древесные опилки, камышовая сечка, кора осины, шелуха гречихи, шелуха подсолнечника, отходы производства оливкового масла и другие.

Природные сорбенты в свою очередь подразделяют на неорганические и органические.

Неорганические сорбенты. К таким сорбентам относятся глины различных видов, диатомитовые породы (главным образом рыхлый диатомит — кизельгур), песок, цеолиты, туфы, пемза и т. п. [7].

С экологической точки зрение применение этого вида сорбентов для ликвидации нефтяных загрязнений в результате разливов нефти неэффективно. Причиной тому является оседание сорбентов, содержащих нефтепродукты, на дно водных объектов и накапливание их там. Таким образом, создаётся угроза вторичного загрязнения, и проблема остаётся не решённой.

На данный момент разработан новый сорбент, Версойл. Он представляет собой вермикулитовый сорбент нефти и производится на основе вермикулита — природного минерала, образующегося в результате выветривания магнезиально-железистых слюд [8].

В качестве сорбентов возможно использование волокнистых материалов. Наиболее эффективным и технологичным является использование прессованного полипропиленового или базальтового волокна. Нефтепоглощение для прессованного полипропиленового волокна составляет 6,1−7,2 г/г, а для базальтового волокна 3,8−4,5 г/г.

Также в настоящее время происходит разработка новых сорбентов на основе природных алюмосиликатов. данный тип сорбентов является наиболее перспективным для борьбы с загрязнениями нефтепродуктами. Этому способствуют такие их качества как низкая стоимость, доступность, возможность организации безотходного производства. Большинство из данных сорбентов являются экологически безопасными.

Основной проблемой, связанной с использованием природных материалов в качестве сорбентов является недостаточно выраженные сорбционные свойства этих материалов. Решение данной проблемы лежит в модификации такого материала, вследствие чего, улучшаются его сорбционные свойства и, следовательно, эффективность его использования.

В качестве сорбентов часто используют хлопок, торф, торфяной мох, опилки, древесные стружки, древесную муку, пеньку, солому, шелуху гречихи, шелуху подсолнечника, а также растительные отходы различных производств [9]. Наиболее широкое применение нашли древесные опилки, шерсть, торф, а также бурые угли.

В сорбционной очистке воды от органических загрязнителей используют в основном активные угли из-за их высокоразвитой поверхности, имеющей большое сродство к органическим веществам [10].

Для получения активных углей используются практически любые материалы, содержащие углерод. Исходным сырьём могут служить: древесина, уголь, отходы различных отраслей промышленности, полимеры. Гранулированные угли по отношению к нефтепродуктам (НП) и углеводородам обладают высокой сорбционной ёмкостью, около 60−200 мг/г. Данный факт позволяет их использование для доочистки нефтесодержащих сточных вод.

Ещё одним сорбентом, обладающим достаточно высокой нефтеёмкостью, сопоставимой с нефтеёмкостью модифицированного торфа, является шерсть. Недостатком её является недолговечность эксплуатации. Шерсть приходит в негодность после нескольких отжимов, вследствие насыщения её битумом.

Высокой нефтеёмкостью так же обладают древесные опилки. Недостатком, препятствующим широкое их применение для борьбы с нефтяными загрязнениями, является высокая влагоёмкость. Эту проблему можно решить путём обработки (пропитки) их различными водоотталкивающими составами, например жирными кислотами.

Подобным образом обстоят дела и с торфом, который по своей потенциальной сорбционной способности превосходит шерсть и опилки.

Сорбенты, полученные с помощью сапропеля, природного органического материала, представляют интерес в качестве нефтяных сорбентов. Их получение и использование является перспективным направлением. Причиной того являются их высокая гидрофобность, позволяющая держатся сорбенту на водной поверхности в течение не менее 72 часов как до поглощения им нефти, так и после; и экологическая безопасность.

Ещё одним перспективным сорбентом является сорбент, на основе валяльно-войлочного производства так называемый «кноп» — шерстяная пыль, образующаяся при шероховке валяльно-войлочных изделий [11]. Данный сорбент является новейшей разработкой, позволяющей эффективно бороться с нефтяными загрязнениями. Применение данного материала является экономически целесообразным.

Новейшей разработкой в области сорбционной очистки от нефтяных загрязнений является сорбент на основе отходов производства оливкового масла. По своим экономическим характеристикам (себестоимости и затратам при ликвидации нефтяных загрязнений) сорбент не уступает, а в некоторых случаях превосходит имеющиеся аналоги. Себестоимость сорбента оценивается в $ 0,75 за кг [12].

Кроме природных сорбентов существуют искусственные сорбенты. Они разрабатываются на основе природных перлитов, вермикулита, цеолитов, алеврита, кремнезема, силикатов, вулканических шлаков и т. д. [7].

Кроме сорбентов на основе природных материалов применяются также синтетические сорбенты.

Некоторые синтетические материалы, например пенополиуретан, поглощает нефть и НП в количестве, в 20 раз превышающем собственную массу. Такой пенопласт может поглотить с поверхности воды слой нефти толщиной до 10 мм и снизить содержание нефти в воде с 4000—6000 до 10−14 мг/л [7].

Эти сорбенты не обладают высокой удерживающей способностью нефтепродуктов, т. е. у них происходит ее десорбция. В результате чего необходимо вновь повторять ту же операцию, возможно не раз [13].

Наиболее широкое применение синтетические сорбенты нашли в странах, в которых нефтехимическая промышленность достигла высокого развития. Примерами таких стран служат страны ЕС, Япония и США. Наиболее часто такие сорбенты изготовляются из полипропиленовых волокон, формуемых в нетканые рулонные материалы разной толщины.

Кроме того, используют полиуретан в губчатом или гранулированном виде, формованный полиэтилен с полимерными наполнителями и другие виды пластиков.

Сравнение различных природных и органических материалов представлено в таблице 1.

Таблица 1.

Свойства различных материалов для сбора нефти.

Проанализировав все вышеперечисленные сорбенты можно сделать вывод о том, что каждый материал имеет свои достоинства и недостатки. Идеального материала, сочетающего в себе оптимальное соотношение качества очистки, безопасности использования и стоимости на данный момент не существует.

Выбор того или иного сорбента зависит от многих факторов, в том числе от масштабов загрязнения, его локализации, а также от стоимости самого сорбента. Наиболее эффективный результат достигается путём поэтапной очистки с использованием различных технологий и материалов.

Необходимо отметить, что наиболее перспективным направлением в использовании сорбентов является разработка и применение материалов на основе растительных отходов. Такие сорбенты при попадании в окружающую среду не наносят ей экологический ущерб. Также создание таких сорбентов поможет частично решить проблему утилизации отходов.

Таким образом, использование различных сорбентов помогает решить проблему загрязнения окружающей среды, что в свою очередь позволяет повысить безопасность жизнедеятельности человека.

• 1. Привалова Н. М., Двадненко М. В., Марочкина С. Г., Лявина Е. В. Магнитожидкостная очистка промышленных нефтезагрязненных сточных вод // Успехи современного естествознания. 2009. № 7. С.151−152.
• 2. Привалова Н. М., Двадненко М. В., Хруцкий К. Ю., Лявина Е. В. Биологическая очистка промышленных нефтезагрязненных сточных вод // Успехи современного естествознания. 2009. № 5. С.81−82.
• 3. Двадненко М. В., Привалова Н. М., Кудаева И. Ю., Степура А. Г. Адсорбционная очистка сточных вод // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 10. С. 214−215.
• 4. Двадненко М. В., Привалова Н. М., Кудаева И. Ю., Степура А. Г. Выбор адсорбента для очистки сточных вод // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 10. С. 213−214.
• 5. Аренс В. Ж., Гридин О. М. Эффективные сорбенты для ликвидации нефтяных разливов // Экология и промышленность России. 1997. февраль. С. 32−37.
• 6. Климов Е. С., Бузаева М. В. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод: Монография. — Ульяновск: УлГТУ, 2011. 201 с.
• 7. Телегин Л. Г., Ким Б. И., Зоненко В. И. Охрана окружающей среды при сооружении и эксплуатации газонефтепроводов // Недра. Москва, 1988.
• 8. Месяц С. П. Версойл — природный сорбент для снижения нефтяных загрязнений // Наука Москвы и регионов. 2004. № 2. С. 64−69
• 9. Сироткина Е. Е., Новоселова Л. Ю. Материалы для адсорбционной очистки воды от нефти и нефтепродуктов // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. № 3. С. 359 — 377.
• 10. Шведчиков Г. В. Новая технология борьбы с нефтяными загрязнениями на основе гидрофобных и олеофильных сорбентов // Общество. Среда. Развитие. 2010. № 3. С. 225 — 228
• 11. Низамов Р. Х. Очистка нефтезагрязненных вод сорбционными материалами на основе отходов валяльно-войлочного производства: дис. канд. техн. наук. Казань, 2011. 183 с.
• 12. Маалул С. Борьба с нефтяным загрязнением гидросферы сорбентом из отходов производства оливкового масла: дис. канд. техн. наук. Москва, 2002. с. 124.
• 13. Технологии воды: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://t-water.ru/index.php/water-ecology/276-sorbenty-vdnf-sbora-nefty (дата обращения: 26.02.2015).