1 стр. из 1

В основе многих действующих технологий сбора разливов нефтепродуктов и нефтяных загрязнений и удаления их из окружающей среды лежит метод адсорбции. Для его реализации применяется целый ряд природных сорбентов в порошковой форме или в виде гранул. В основном это сорбенты на основе природных материалов порошковых форм: сажа, уголь, торф, целлюлоза, древесная стружка, хлопок. Такие сорбенты относительно дешевы и обладают достаточно высокими сорбционными свойствами по отношению к углеводородам. Однако при их применении возникает ряд проблем, связанных с техническими трудностями при сборе отработанного сорбента с очищенной поверхности, его регенерации и утилизации. Кроме того, они сами часто становятся дополнительным источником загрязнения окружающей среды.

Практический опыт работ с природными сорбентами показал, что на сорбционную емкость оказывает влияние температурный фактор. Понижение температуры окружающей среды ухудшает их эксплуатационные свойства, снижая сорбционную емкость сорбентов. Наша страна отличается сложными климатическими условиями. На большей части ее территории, где добывают и перерабатывают нефть, и где чаще всего возникают проблемы очистки территории от загрязнения нефтью и ее производными, отрицательная температура держится более шести месяцев в году. Именно поэтому актуальной задачей является разработка и применение сорбентов, способных активно работать и при низких температурах.

В отличие от природных сорбентов, нетканые материалы благодаря специфике своей структуры являются прекрасной сорбирующей основой для создания нового поколения современных технических средств и технологий защиты окружающей среды от загрязнения ее нефтепродуктами.

К преимуществам нетканых сорбентов как основы для развития ассортимента превентивно-защитных средств и технологий можно отнести широкие возможности в варьировании эксплуатационных характеристик как за счет структурных особенностей и технологических параметров изготовления, так и за счет применения различных видов синтетических волокон с комплексом специальных свойств, поскольку нетканые материалы представляют собой объемно-пористые капиллярные структуры из химических волокон с регулируемым в широком диапазоне спектром технических характеристик. Варьируя состав и свойства сырья, технологические параметры процесса формирования материала и структурные характеристики сорбента, можно изменять его сорбирующую способность и другие эксплуатационные характеристики.

С точки зрения идеального сорбента нетканые материалы и изделия из них являются наиболее перспективными. Их структурные особенности способны обеспечить избирательную сорбцию по отношению к углеводородам в присутствии воды, а также дают возможность регулировать удерживающую способность сорбента и его сорбционную емкость, являющиеся определяющими характеристиками при оценке эксплуатационных свойств. Градиент плотности материала по толщине обеспечивает сорбенту высокую способность к регенерации путем механического отжима, т.е. материал и изделия из него можно использовать многократно, что является немаловажным экономическим преимуществом в их применении.

В настоящее время запатентованные нетканые волокнистые сорбенты выпускаются двух типов по разработанной технической документации на производственных мощностях ОАО "НИИ нетканых материалов" в виде рулонов шириной 1,6 м. Эксплуатационные характеристики нетканых сорбентов "Мульти-С" (ТУ 17-14-13-167-97) и "Экосорб" (ТУ 8397-230-00302327-01) приведены в таблице.

Таблица. Характеристика нетканых  волокнистых сорбентов

По своим эксплуатационным характеристикам нетканый волокнистый сорбент "Экосорб" соответствует лучшим зарубежным образцам и имеет значительные преимущества в цене.

На Международной выставке "Инновация-99" нетканый волокнистый сорбент "Мульти-С" для сбора нефтепродуктов был отмечен дипломом II-ой степени Министерства науки и технологий Российской Федерации. Волокнистый сорбент "Экосорб" получил золотую медаль на 50-м Всемирном Салоне изобретений в Бельгии "Брюссель-2001". Данный сорбент обладает улучшенными в сравнении с сорбентом "Мульти-С" характеристиками, в частности, плавучестью и сорбционной емкостью, и поэтому рекомендуется для сбора нефтепродуктов в условиях длительного контакта сорбента с водной поверхностью.

Как известно, основным показателем, характеризующим эффективность сорбентов, является их сорбционная емкость, то есть способность поглощать максимально возможное количество сорбата единицей массы сорбента.

По данным из литературных источников известно, что большинство исследователей проводят оценку сорбционных свойств структур, близких по природе к нетканым материалам, весовым методом. Однако стандартизированная методика оценки данной характеристики для нетканых структур в отношении нефти и ее производных отсутствует, что создает определенные сложности при проведении сравнительной оценки сорбционных свойств как для нетканых, так и для других видов сорбентов.
Существующие методики определения сорбционной емкости различных сорбционных материалов требуют значительных временных затрат (сутки и более), что создает определенные неудобства как при проведении экспериментальных исследований, так и при сравнительном тестировании различных сорбентов. Поэтому целью нашего исследования была разработка экспресс-метода, позволяющего достаточно быстро и относительно простым способом получить достоверные результаты при оценке сорбционной и удерживающей способности нетканых сорбентов.

В процессе отработки методики применительно к нетканым материалам и сорбату (нефтепродуктам) были уточнены такие параметры методики, как размер пробы образца, объем пробы сорбата, время контакта образца с нефтепродуктами, время, необходимое и достаточное для свободного стекания нефтепродукта с поверхности образца перед его взвешиванием, количество необходимых измерений, обеспечивающих воспроизводимость результатов.

За основу для разработки экспресс-метода нами был взят известный метод, суть которого заключается в следующем: для оценки сорбционной емкости взвешенный образец размером 20х20 мм, предварительно выдержанный в течение суток в стандартных климатических условиях, погружают пинцетом в стакан емкостью 50мл, заполненный на 25мл нефтепродуктом, и удерживают в погруженном состоянии в течение 5 секунд. Затем образец закрепляют, подвесив на металлический крючок в вертикальном положении для свободного стекания неф­тепродукта с его поверхности и через 5 минут производят взвешивание.

Для оценки удерживающей способности производят повторное взвешивание через 30 минут после выдерживания образца в вертикальном положении, закрепив его на металлическом крючке для полного стекания нефтепродукта. Сорбционную емкость Мс и удерживающую способность Му рассчитывают как среднее арифметическое из пяти параллельных измерений по отношению массы сорбированного нефтепродукта к массе исходного образца нетканого материала по формулам:

Мс=(m1-m0):m0,
Му=(m2-m0):m0,

где m0 - масса образца нетканого сорбента (г); m1 - масса образца нетканого сорбента с поглощенным нефтепродуктом после пятиминутного свободного стекания сорбата (г); m2 - масса образца нетканого сорбента с поглощенным нефтепродуктом после тридцатиминутного свободного стекания сорбата (г).

Для обоснования времени контакта нетканого сорбента с нефтепродуктом и времени свободного стекания жидкости с поверхности образца нами была изучена кинетика процессов сорбции-десорбции нефтепродуктов неткаными сорбентами.

В результате произошло изменение степени интенсивности процесса сорбции во времени, который можно условно разделить на две стадии. Поглотительная способность нетканой капиллярно-пористой структуры максимально реализуется на первой стадии процесса практически мгновенно, в течение первых нескольких секунд контакта сорбента с нефтепродуктом, и далее, с увеличением времени выдерживания образца в испытательной среде, практически не изменяется. По-видимому, именно в этот момент происходит интенсивное механическое заполнение широких капиллярных пустот в структуре сорбента и эта стадия процесса является определяющей для оценки сорбирующей способности нетканой структуры.

На второй стадии, после пятиминутного контакта сорбента с нефтепродуктом, скорость процесса впитывания значительно снижается, так как взаимодействие волокнистой структуры сорбента с нефтепродуктом происходит уже на уровне заполнения более узких капилляров, идет со значительно меньшей интенсивностью и равновесное состояние, свидетельствующее о максимально возможном механическом заполнении пустот нетканой структуры, которое достигается в течение последующих двух часов. "Мокрый привес" на этой стадии составляет не более 6%, и для экспресс-оценки сорбционной емкости этой величиной можно пренебречь.

К тому же, поскольку технология сбора разливов нефтепродуктов сорбционным способом предусматривает ограниченный во времени контакт сорбента с нефтью или ее производными, практический интерес представляет скорость поглощения на первой стадии процесса. Поэтому в экспресс-методике, основываясь на представленных результатах, мы сочли целесообразным принять время контакта образца с нефтепродуктом 5 секунд, как необходимое и достаточное для оценки его сорбционных свойств.

Вторым не менее важным эксплуатационным показателем для сорбента является способность нетканой структуры удерживать поглощенный нефтепродукт, которую мы характеризовали как "удерживающая способность". Это свойство необходимо в практике ликвидации нефтяных разливов для возможности осуществления перехода от операции сбора до операции отжима нефтепродукта простым механическим перемещением насыщенного нефтью сорбента, исключающим потери сорбата за время его перемещения.

Для оценки удерживающей способности необходимо было установить оптимальный временной интервал, обеспечивающий естественную возможность протекания процесса десорбции в условиях свободного стекания нефтепродукта под действием силы тяжести. С этой целью нами была изучена кинетика данного процесса. Оказалось, что именно в течение первых 30 минут процесс десорбции идет с максимальной интенсивностью за счет ослабления механического взаимодействия между сорбентом и нефтепродуктом, то есть происходит так называемая механическая десорбция под действием силы тяжести. Причем максимально возможное количество нефтепродукта удаляется из сорбента в течение первых пяти минут. Результаты исследования кинетики процесса десорбции показали, что время, соответствующее пяти минутам, является достаточным для удаления из сорбента избытка нефтепродукта и исключает потерю жидкости при перемещении образцов, подготовив их таким образом для последующего взвешивания.

Вторая стадия процесса десорбции происходит в течение последующих двух часов выдерживания образца в свободно подвешенном вертикальном положении и характеризуется значительно более низкой скоростью. Потери нефтепродукта на этой стадии составляют не более 10% и ими можно пренебречь.

Данная методика была положена в основу исследования влияния низких температур на сорбирующую способность разработанных нами и предлагаемых на рынок технических средств для защиты окружающей среды волокнистых нетканых материалов торговой марки "Экосорб" и "Мульти-С".

Характер полученных зависимостей свидетельствует о том, что сорбционные свойства нетканых сорбентов с понижением температуры окружающей среды практически не изменяются. Однако температурный фактор влияет на скорость процесса сорбции. При отрицательных температурах скорость процесса сорбции замедляется. Максимальное насыщение сорбентов неф­тепродуктом при плюс 20°С достигается за 5 минут, а при минус 20°С - в течение 15-20 минут, что связано, по-видимому, с влиянием температуры на вязкость сорбируемого продукта. Это изменение скорости процесса сорбции необходимо учитывать на практике при работе с неткаными сорбентами в условиях низких температур и для разработки рекомендаций по их применению в качестве технических средств защиты окружающей среды.

На основе разработанных и защищенных патентами нетканых сорбентов нами разработан универсальный набор сорбционно-защитных изделий, который предназначен для оснащения потенциально опасных, загрязняющих нефтепродуктами окружающую среду объектов, и обеспечивает возможность быстрого реагирования специализированных служб на чрезвычайные и аварийные ситуации. Наборы превентивных средств, состоящие из ассортимента изделий (маты, салфетки, боны) позволяют быстро реагировать на аварийные ситуации.

Применение нетканых сорбентов в технологиях ликвидации загрязнений нефтепродуктами позволяет осуществить принципиально новый подход к решению проблемы сбора и возврата нефтепродуктов для дальнейшего их использования по прямому назначению и создания замкнутой ресурсосберегающей системы защиты.

Сама технология применения изделий из нетканого сорбента в качестве средства для сбора и удаления нефтепродуктов из окружающей среды была отработана в полевых условиях экологическим подразделением при МЧС Российской Федерации ЗАО СПАСФ "Тибет", которое является профессиональным аварийно-спасательным формированием по ликвидации последствий аварий, связанных с разливами нефти и нефтепродуктов. Технология включает такие этапы, как:
 - локализация разливов сорбционно-защитными бонами;
 - сбор нефти или нефтепродуктов с поверхности воды и почвы сорбирующими неткаными матами и салфетками;
 - регенерация путем многократного отжима сорбента на механическом устройстве с последующим сбором отжатого продукта в специальную
емкость;
 - утилизация отработанных нетканых сорбентов.
 
Разработанная технология предназначена в основном для доочистки территорий и акваторий после сбора основной массы нефтепродуктов механическими средствами. Преимуществом данной технологии является ее мобильность и гибкость. Комплектация сорбирующими изделиями и технологические стадии процесса очистки подбираются в зависимости от природных условий реабилитируемой территории и вида загрязнения.

Регенерация сорбционных изделий осуществляется на специально разработанном отжимном устройстве механического типа, которое состоит из двух отжимных валов со специальным покрытием, устойчивым к действию нефтепродуктов и масел; привода, исключающего проскальзывание материала в процессе отжима; емкости для сбора нефтепродукта. Установка мобильна, легко транспортируется и собирается непосредственно на месте проведения работ.

Отработанные нетканые сорбенты легко удаляются с места аварии, не привнося дополнительного загрязнения в окружающую среду.

Утилизация использованного сорбента осуществляется непосредственно на месте проведения работ методом высокотемпературного разложения в специально разработанной для этих целей термической печи - портативной установке на электрическом приводе "Форсаж" производительностью до 50 кг/час для утилизации (сжигания) органических отходов. Такая термическая печь выпускается фирмой "ЭКОсервис-НЕФТЕГАЗ". Она малогабаритная, мобильная и легко транспортируется к месту утилизации. За счет высокой температуры горения (около 1000°С) происходит практически полное сгорание отходов - остаток в виде золы составляет не более 3-5% от объема загруженных отходов.

Применение ассортимента превентивных средств и ресурсосберегающей технологии защиты на основе нетканых сорбентов может оказать практическую помощь в реализации концепции защиты окружающей среды в рамках региональных и государственных программ по ослаблению негативного влияния  на окружающую среду нефтегазового и транспортного комплексов, а также и других, потребляющих нефтепродукты производств.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!