IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Подвижность водной среды обуславливает большие негативные последствия ее загрязнения [1]. Техногенное воздействие предприятий нефтихимии и смежных отраслей промышленности на окружающую среду не ослабевает, поэтому ликвидация разливов нефтепродуктов (НП) продолжает оставаться актуальной проблемой не только в настоящее время, но и в отдаленном будущем [2].

Нефтяные загрязнения нарушают ход естественных биохимических процессов, ведут к истощению запасов водного кислорода, расходующегося на окисление органических веществ. Скорость накопления НП в водных и почвенных экосистемах от техногенного воздействия далеко опережает их естественную биодеградацию [3].

Среди методов, успешно применяющихся для решения этой проблемы, сорбционная очистка является одним из наиболее эффективных. К преимуществам данного метода относятся: возможность удаления загрязнений чрезвычайно широкой природы практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости, отсутствие вторичных загрязнений и управляемость процессом [2].

В данной работе в качестве сорбционных материалов (СМ) исследовались измельченный опад листвы трех видов: березовая листва, хвоя ели и смешанная листва (березовая, липовая, кленовая, дубовая и т.д.); а сорбатом выступала девонская нефть Тумутукского месторождения, которая относится к типу сернистых (класс II), парафинистых, смолистых.

Первоначально определили максимальную нефтеемкость СМ (рис. 1). Кривые, полученные в ходе экспериментов, можно отнести к изотермам 1 типа, которые характерны для адсорбции на гладкой поверхности. Анализируя построенные по результатам исследований кривые зависимости емкости СМ от времени (рис. 1), можно сделать вывод о том, что поглощение девонской нефти с течением времени идет неравномерно и, с увеличением времени выдержки, нефтеемкость листового опада возрастает.

Результаты исследований показали, что лучшими значениями по поглощению нефти достигались при применении опада листьев березы - 8,6 г/г, а наименьшим хвои ели -
2,36 г/г. Возможно это связано с тем, что опад листьев березы обладает большей поверхностью контакта фаз, кроме того в химическом составе хвои ели присутствуют компоненты эфирных масел, дубильных, смолистых веществ и горьких глюкозидов, что способствует снижению сорбционных свойств.

Далее в работе исследовались сорбционные способности СМ при ликвидации аварийных розливов нефти на водных объектах. Так как СМ, кроме нефти, будет поглощаться вода, то поэтому при выборе адсорбента нужно обратить большое внимание на водопоглощение. При проведении эксперимента получили следующие показатели (рис. 2).

Как видно, из рисунка 2 наибольшее значение водопоглощения имеет березовая листва (8,628 г/г), а наименьшее - хвойный опад (3,360 г/г).

Проведя имитацию загрязнения водной поверхности нефтью девонского отложения в лабораторных условиях, определили остаточное содержание поллюантов в воде. Объем воды в ходе проведения эксперимента составил 50 мл, объем нефти - 7 мл.

Эффективность проведения процесса сорбции представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Эффективность очистки воды от нефтепродуктов в статических условиях

Достаточно высокое значение нефтеемкости имеет опад березовой листвы - 8,6 г/г, применение данного сорбционного материала для удаления нефти с водной поверхности позволяет удалить до 99,75 % загрязняющего вещества. Хвоя ели имеет наименьшее значение нефтеемкости, среди исследованных сорбентов - 95,97 %.

Так как использование хвои ели в качестве СМ нефти показало меньшие результаты по сравнению с опадом лиственных деревьев, то в следующих исследованиях ее исключили.

Проведенные эксперименты показали, что нецелесообразно выдерживать СМ длительно время, т.к. эффективность очистки при наибольшем и наименьшем времени контакте СМ с загрязненной поверхностью отличаются незначительно, поэтому в дальнейших исследованиях выбрано оптимальное время сорбции в течение 5 мин.

Далее в работе, с целью увеличения сорбционных свойств, листовой опад (березовая листва, смешанная листва) обрабатывали концентрированным раствором уксусной и 1 N раствором серной кислоты.

Ход проведения эксперимента: в мерный цилиндр засыпали СМ массой 20 г, приливали 200 мл модификата. Время выдержки составило 20 мин, обработку СМ вели при температурах 75°С и 20°С. Затем образцы отделяли от раствора через фильтровальную бумагу и высушивали при комнатной температуре.

Полученные после химической обработки СМ использовали для исследования сорбционных свойств листового опада. Для имитации нефтяного загрязнения на водной поверхности поллюант приливали последовательно 7, 5 и 1 мл, соответственно, далее наносили модифицированный СМ. Через 5 мин (оптимальное время сорбции) определили массу суммарного количества поглощенной нефти и воды.

В таблицах 2 и 3 приведены значения остаточной концентрации нефти в зависимости от вида СМ (модифицированного при температуре 75°С, модифированного при температуре 20°С и немодифицированного листового опада), обработанных растворами уксусной и серной кислот.

Таблица 2 - Нефтеемкость образцов листового опада березы и смешанной листвы, обработанных уксусной кислотой.

При больших объемах загрязнения наибольшую эффективность имеет березовая листва модифицированная при температуре 75°С (97,85%) , при 20°С - смешанная листва (91,73%). При малых объемах загрязнения остаточная масса нефти в воде равна нулю, т.е. эффективность очистки составила 100 %.

Таблица 3 - Нефтеемкость образцов листового опада березы и смешанной листвы, обработанных серной кислотой.

Как видно из данных таблицы 3, наилучшие результаты, при больших объемах загрязнения показала модифицированная при температуре 75°С березовая листва (98,55%) и смешанная листва (98,69%). Эффективность очистки, при малых объемах загрязнения равна 100 %.

Проведенные исследования показали возможность использования листового опада (березовая и смешанная листва) в качестве СМ по отношению к нефти девонского отложения. Обработка СМ растворами уксусной и серной кислот позволила увеличить эффективность процесса на 7,80 % по березовой листве и 5,53 % по смешанной листве по сравнению с исходными образцами.

Список использованных источников:

1. Пещенко А.А. Очистка сточных вод и водных бассейнов от нефтепродуктов / А.А.Пещенко [и др.]. - Киев: Знание, 1976. - 96с.
2. Никитин Н.И. Сорбенты для ликвидации нефтяных разливов / Н.И.Никитин. - М.: Наука,1962. - 711с.
3. Лебедев И.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод фильтровально-сорбционными методами [Текст] / И.А.Лебедев, Е.В.Кондратюк, Л.Ф.Комаров, Е.Г.Коценко, М.А.Полетаев // Ползуновский вестник. - 2006г. - 2. С.380-385.