Проблема нормативного регулирования выбора методики определения нефтеёмкости сорбентов

При ликвидации ЧС, связанных с разливами нефти и нефтепродуктов, вопрос выбора эффективного сорбента напрямую связан с его нефтеемкостью. В настоящее время в РФ отсутствует нормативное регулирование выбора методики определения нефтеемкости нефтяных сорбентов, что затрудняет сравнение результатов разных исследователей и заявленных значений нефтеемкости сорбентов различных производителей. ГОСТ 33622-2015, идентичный ASTM F 716-09, и ГОСТ 33627-2015, идентичный ASTM F 726-12, вступят в действие с 1 апреля 2017 г. и, возможно, улучшат ситуацию на рынке нефтесорбентов в России.

В основе основных энергетических технологий современного мира лежат процессы сгорания ископаемого топлива. Атомная энергетика даже в развитых странах покрывает не более трети потребностей общества. Развитию альтернативных (возобновляемых) источников уделяется большое внимание, однако это работа на перспективу, так как себестоимость киловатта электроэнергии, полученного традиционным путем, в настоящий момент ниже. Отсюда следует, что миллионы баррелей нефти будут добываться из недр Земли еще длительное время, и большая их часть перемещается от места добычи к потребителям морским путем. Кроме того, активно развивается добыча нефти на континентальном шельфе. Следовательно, несмотря на совершенствование технологий и ужесточение требований безопасности остаётся риск аварийного разлива, который приводит не только к экономическим потерям, но и оказывает колоссальное негативное влияние на окружающую среду. Помимо аварийных разливов, нефть и нефтепродукты неизбежно, пусть и в относительно небольших количествах, теряются и при нормальном процессе нефтедобычи, перевалки, транспортировки и эксплуатации. Загрязнение морских вод непрерывно увеличивается. По некоторым данным приток нефтяных углеводородов составляет около 10 миллионов тонн в год [1, 2].

Учитывая важность регулирования в сфере защиты окружающей среды, при разливах нефти и нефтепродуктов, которые согласно Постановлению Правительства Российской Федерации от 21 августа 2000 г. № 613 "О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов" [3] признаются чрезвычайной ситуацией (ЧС), все органы исполнительной власти и организации, участвующие в добыче, транспортировке и обороте нефти и нефтепродуктов согласно Постановлению Правительства РФ от 15 апреля 2002 г. N 240 "О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации" [4] "обязаны иметь резервы финансовых средств и материально-технических ресурсов для локализации и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов". Стоит отметить, что разливы на море регулируются отдельным положением [5]. Таким образом, каждая организация, осуществляющая разведку месторождений, добычу нефти, а также переработку, транспортировку, хранение нефти и нефтепродуктов, обязана иметь наготове достаточные количества технических средств и материалов для ликвидации возможных аварий.

Ликвидация аварийного разлива нефти и нефтепродуктов (ЛАРН) представляет собой сложный комплекс мероприятий, связанный с использованием специальной техники, средств и материалов, людских ресурсов, зачастую осложненный неблагоприятными или опасными погодными и климатическими факторами, в отдаленных, труднодоступных районах. Методы борьбы с разливами можно разделить на механические, химические, физико-химические и биохимические [6]. Обычно используется их сочетание. Выбор стратегии ЛАРН зависит от типа и количества нефтепродукта, температуры и погодных условий, направления и силы течений и прочих факторов. Однако, практически при любой схеме ЛАРН на определенном этапе предусматривается использование сорбентов. Общепринято, что сорбенты для сбора нефти и нефтепродуктов должны отвечать следующим важнейшим условиям: гидрофобность, олеофильность, высокая нефтеемкость, высокая скорость поглощения, хорошая долговременная плавучесть, технологичность использования, возможность регенерации, удобство утилизации, низкая насыпная плотность, удобство транспортирования и хранения, низкая стоимость, безопасность для окружающей среды. В том или ином сочетании эти требования встречаются практически во всех работах, посвященных исследованию или оценке нефтесорбентов [7-9]. В качестве нефтесорбентов могут использоваться сотни различных материалов, как природных, так и синтетических. Различные материалы существенно различаются по своим свойствам, поэтому важно выделить критерии, по которым определяется качество сорбента.

Очевидно, что одним из основных критериев оценки эффективности сорбента является отношение нефтеемкости к стоимости [10]. В общем случае под эффективностью можно понимать отношение нефтеемкости к общей сумме затрат на закупку, транспортировку, хранение и применение сорбента или стоимость удаления сорбентом одной тонны нефти. Независимо от того по какой методике и с учетом каких факторов вычисляется эффективность сорбента, очевидно, что высокие значения нефтеемкости увеличивают критерий "эффективности". Учитывая, что для создания (закупки) запасов материалов и средств в соответствии с планами ЛАРН, организации и ведомства выделяют средства, рынок нефтесорбентов в России динамично развивается. При этом каждый производитель/продавец [11-14] заявляет о достоинствах своего товара, как правило, делая упор на высокие значения нефтеемкости.

При этом до последнего времени в Российской Федерации отсутствовал нормативный документ, однозначно регламентирующий методику определения нефтеемкости сорбентов. Существовали методики определения адсорбционной активности [15] углей активированных, однако измерение предлагается проводить по метиленовым красителям и мелассе, природа, а, следовательно, и механизм сорбции которых сильно отличается от механизма сорбции нефтепродуктов.

Среди российских авторов активно использовалась методика ТУ 214-10942238-03-95, в частности для исследования торфяных сорбентов. Некоторые авторы, ссылаясь на методику, не приводят никаких дополнительных подробностей [16, 17], в то время как другие указывают на модификации в методике, описывая подробности, в т. ч. стандарт на сетку, размеры сеток-ловушек и отверстий [18]. В некоторых случаях нефтеёмкость определяется по концентрации нефтепродуктов в воде до и после сорбции, например [19, 20], в статье [19] имеется ссылка на методику № 2.2.34.9 «Методика выполнения измерений концентраций нефтепродуктов в пробах природных, питьевых, сточных вод флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «Флюорат‑02». В остальных случаях авторы не ссылаются на стандартные методики, а лишь описывают ход эксперимента [9, 21]. Совершенно очевидно, что без конкретных, максимально подробных указаний воспроизвести методику, а, соответственно, и результат не представляется возможным. Методики могут принципиально отличаться, что делает невозможным сравнение результатов, полученных разными исследователями. Это касается и промышленно производимых сорбентов. Авторы статьи [7] выяснили, что заявленная производителями нефтеёмкость отличается от измеренной в результате лабораторного эксперимента. При этом, для одного из сорбентов результаты отличались более, чем в два раза (заявленная больше), в то время как для других результаты были в пределах заявленных значений.

На данный момент в России приняты два новых стандарта, регламентирующих методики испытаний материалов для сорбции нефтепродуктов. ГОСТ 33622-2015, идентичный ASTM F 716-09, устанавливает методы испытания, расширяющие набор лабораторных методов, предназначенных для определения характеристик материалов, абсорбирующих нефтепродукты и другие жидкости из воды. ГОСТ 33627-2015, идентичный ASTM F 726-12, устанавливает лабораторные методы определения характеристик адсорбентов, предназначенных для удаления с поверхности воды неэмульгированных масел и других не смешивающихся с водой и плавающих на её поверхности жидкостей. Эти ГОСТы будут введены в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 апреля 2017 г. Наличие стандартных методик может улучшить ситуацию с отсутствием единообразия. Стоит отметить, что зарубежные авторы в своих исследованиях также не всегда обращаются к стандартам (ASTM F716-09 и ASTM F726-12).

Не более трети авторов в рамках просмотренной литературы (более 30 статей) использовали для определения сорбционной ёмкости методику, предложенную ASTM. При этом используются различные редакции ASTM (F 726-60 [22], F 726-99 [23], F 726-06 [24]), несмотря на то, что все эти публикации не старше 2013 г.

Таким образом, выбор методики существенно влияет на результат измерения нефтеёмкости. Отсутствие однообразия усложняет, или даже делает невозможным корректное сравнение результатов испытаний разных исследователей. В то же время, величина нефтеёмкости определяет количество необходимого для ликвидации разлива сорбента и стоимость производимых работ, следовательно, требуется нормативное регулирование выбора методики определения нефтеемкости и понятный алгоритм его применения, учитывающий многообразие и сорбентов, как материалов, так и изделий, и вариантов их применения в различных целях.

1. Banerjee S.S., Joshi M. V., Jayaram R. V. Treatment of oil spill by sorption technique using fatty acid grafted sawdust // Chemosphere. – 2006. – N 64. – P. 1026-1031.
2. Al-Majed A.A., Adebayo A.R., Hossain M.E. A sustainable approach to controlling oil spills // Journal of Environmental Management. – 2012. – N 113. – P. 213-227.
3. Постановление Правительства РФ от 21 августа 2000 г. № 613 "О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов" (с изменениями и дополнениями) // Информационно-правовой портал ГАРАНТ.РУ. URL: http://base.garant.ru/12120494 (дата обращения: 18.12.2016).
4. Постановление Правительства РФ от 15 апреля 2002 г . N 240 "О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации" // Информационно-правовой портал ГАРАНТ.РУ. URL: http://base.garant.ru/2158681 (дата обращения: 18.12.2016).
5. Постановление Правительства РФ от 14 ноября 2014 г. N 1189 "Об организации предупреждения и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на континентальном шельфе Российской Федерации, во внутренних морских водах, в территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации" // Информационно-правовой портал ГАРАНТ.РУ. URL: http://ivo.garant.ru/#/document/70796712/paragraph/1:1 (дата обращения: 18.12.2016).
6. Сироткина Е.Е., Новоселова Л.Ю. Материалы для адсорбционной очистки воды от нефти и нефтепродуктов // Химия в интересах устойчивого развития. – 2005. – № 13. – С. 359-377.
7. Заусалина А.В., Валь А.В., Боярко Г.Ю. Сравнительная эффективность сорбентов нефти и нефтепродуктов, используемых в условиях Томской области // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2015. – № 2. – С. 51-55.
8. Никитина И.Э., Абдрахманов Н.Х., Никитина С.А. Борьба с нефтяным загрязнением гидросферы сорбентом при авариях на предприятиях нефтедобывающей промышленности и трубопроводного транспорта // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2015. – № 6. – С. 14-17.
9. Alnaqbi M.A., Greish, Y.E., Mohsin M.A. et al. Morphological variations of micro-nanofibrous sorbents prepared by electrospinning and their effects on the sorption of crude oil // Journal of Environmental Chemical Engineering. – 2016. – N 4. – P. 1850-1861.
10. Мерициди И.А., Шлапаков, А.В. Критерии выбора нефтяного сорбента для локализации аварийных разливов нефти на поверхности водоёмов // УКАНГ. – 2007. – № 4. – С. 52-57.
11. Нефтесорбенты (цвет белый) - боны, спагетти // Bi-tec. URL: http://www.bi-tec.ru/katalog-produkcii/neftesorbenty-i-biopreparaty/sorbenty/neftesorbenty--bony-/ (дата обращения: 18.12.2016).
12. Абсорбенты нефтепродуктов // ТЕРРА ЭКОЛОГИЯ. URL: http://www.terra-ecology.ru/products/sorbents/absorbent_spill-sorb/ (дата обращения: 18.12.2016).
13. Сорбенты // ЛАРН 32. URL: http://www.larn32.ru/catalog/list7.htm (дата обращения: 18.12.2016).
14. Нефтесорбент МИКСОЙЛ // ПРОМЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ. URL: http://www.promentex.ru/content/neftesorbent-miksoil/ (дата обращения: 18.12.2016).
15. Государственный стандарт Союза ССР ГОСТ 4453-74 "Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный. Технические условия" // Информационно-правовой портал ГАРАНТ.РУ. URL: http://base.garant.ru/6178372/ (дата обращения: 18.12.2016).
16. Rotar O.V., Iskrizhitskaya D.V., Iskrizhitsky A.A. et al. Cleanup of water surface from oil spills using natural sorbent materials // Procedia Chemistry. – 2014. – N 10. – P. 145-150.
17. Веприкова Е.В., Терещенко Е.А., Чесноков Н.В. и др. Волокнистые древесно-полистирольные сорбенты для ликвидации нефтяных загрязнений // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. – 2011. – № 1. – С. 27-37.
18. Чухарева Н.В., Шишмина Л.В. Сравнение сорбционных свойств торфа верхового и низинного типов по отношению к товарной нефти и стабильному газовому конденсату // Химия растительного сырья. – 2012. – № 4. – С. 193-200.
19. Грузинова В.Л., Романовский В.И. Сорбционные свойства и эксплуатационные характеристики угольных волокнистых материалов // Инженерные сети, экология и ресурсоэнергосбережение. – 2015. – № 16. – С. 141-145.
20. Татаринцева Е.А., Карпенко А.В., Лемаев В.А. и др. Модификация термопластов как способ получения сорбционных материалов для очистки сточных вод // Химия и химическая технология. – 2014. – № 57. – С. 88-91.
21. Dong T., Cao S., Xu G. Highly porous oil sorbent based on hollow fibers as the interceptor for oil on static and running water // Journal of Hazardous Materials. – 2016. – N 305. – P. 1-7.
22. Jiang Z., Tijing L.D., Amarjargal A. et al. Removal of oil from water using magnetic bicomponent composite nano fi bers fabricated by electrospinning // Composites Part B. – 2015. – N 77. – P. 311-318.
23. Ifelebuegu A.O., Anh Nguyen T.V., Ukotije-Ikwut P. et al. Liquid-phase sorption characteristics of human hair as a natural oil spill sorbent // Journal of Environmental Chemical Engineering. – 2015. – N 3. – P. 938-943.
24. Likon M., Remskar M., Ducman V. et al. Populus seed fibers as a natural source for production of oil super absorbents // Journal of Environmental Management. – 2013. – N 114. – P. 158-167.