Удаление тонких нефтяных пленок с водной поверхности

Наши современники, как ни одно другое поколение, на примере собственной жизни все больше и больше сталкиваются порой с катастрофическими последствиями беспечного и неосторожного обращения с природой. Прежде всего, пожалуй, это касается сохранения водных ресурсов планеты. Большая потребность промышленных стран в нефтепродуктах приводит, как известно, к необходи­мости ее транспортировки в значительных объемах, в том числе, и водным путем. Наряду с этим, технологические процессы, связанные с нефтедобычей, нефтепереработкой, транспортировкой и хранением нефтепродуктов являются одной из основных антропогенных причин масштабного загрязнения водных поверхностей. Причем, особую опасность представляют аварии на нефтепроводах, поскольку нефтяное загрязнение, обусловленное аварией, отличается от многих других техногенных воздействий тем, что оно дает не постепенную, а, как правило, «залповую» нагрузку на среду, вызывая быструю ответную реакцию [1].

Среди методов, которые успешно применяются для решения проблемы, связанной с ликвидацией последствий загрязнения, сорбционная очистка воды является одним из эффективных способов. К преимуществам сорбционного метода, безусловно, можно отнести возможность удаления загрязнений любой природы практически до любой остаточной концентрации, а также управляемость процессом [1].

Материалы, применяемые для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности водоемов, принято называть нефтяными сорбентами, а также нефтесобирателями и нефтепоглотителями. Одной из основных проблем при очистке поверхности водоемов от загрязнений является удаление тонкой нефтяной пленки, обладающей способностью в кратчайшие сроки распространяться на огромные расстояния, нарушая кислородный обмен. Наиболее перспективным и экологически целесообразным считается способ удаления пленки нефтепродуктов с помощью нефтяных сорбентов [2-4].

Качество нефтяных сорбентов определяется, главным образом, по нефтепоглощению, водопоглощению и плавучести, а эффективность сорбентов для сбора нефти оценивают, в первую очередь, по значению нефтеемкости. Для производства нефтяных сорбентов применяют самое разнообразное сырье [5-11].

Синтетические органические сорбенты, благодаря своей доступности и производству в промышленных масштабах, находят все более широкое применение для сбора разлитой нефти. Кроме того, они часто являются отходами производства. Открыто-ячеистая структура и высокая олеофильность этих материалов обеспечивают эффективность их использования в качестве нефтепоглотителей. Хорошо известно применение для этих целей пенополистирола, полипропилена, фенолформальдегидной и карбамидоформальдегидной смолы, каучуковой крошки, материалов на основе полиуретановой пены и др. [4].

Цель настоящей работы – провести исследование некоторых полимерных продуктов (материалов), синтезированных в лабораторных условиях на основе промышленных образцов каучуков (СКС, ДССК, СКН-26) в результате их химической модификации – окислительного хлорфосфорилирования, в качестве сорбентов для удаления тонких нефтяных пленок. Окислительное хлорфосфорилирование проведено в соответствии с методикой, описанной в работе [12]. Модификация каучуков указанным способом приводит к образованию oбъемно-пористых продуктов коричневого или темно-коричневого цвета. Полученные модификаты дифильны и обладают хорошей плавучестью после сорбции нефти.

Для создания нефтяной пленки в лабораторных условиях в чашку Петри наливали ~ 40 мл морской воды, на поверхность которой прикапывали несколько капель нефти. По мере образования нефтяного пятна определяли его диаметр и толщину образовавшейся пленки. В лабораторных испытаниях использована средне вязкая нефть месторождения Раманы.

Была исследована зависимость сорбционной способности полученных сорбентов от количества сорбента, времени сорбции, возраста и толщины нефтяной пленки, а также числа циклов использования сорбента.

На рис.1 представлена зависимость сорбционной способности сорбентов от времени сорбции.

Рис.1 Зависимость сорбционной способности сорбентов от времени сорбции: 1 – модифицированный ДССК, 2- модифицированный СКН-26, 3- модифицированный СКС

Как видно из представленных данных, максимальная сорбция нефти осуществляется в первые ее часы (~ 4 часа), после чего сорбент на основе ДССК в течение двух суток способен удерживать сорбированную нефть, тогда как сорбенты на основе СКН-26 и СКС спустя 4 часа активной сорбции начинают постепенно выпускать ее. Подобное поведение сорбентов может быть связано как с меньшим уровнем гидрофобности и олеофильности сорбентов на основе СКН-26 и СКС, так и разным строением полученных сорбентов.

На рис.2 представлена зависимость сорбционной способности полученных сорбентов от количества взятого сорбента. С увеличением массы взятого сорбента количество сорбируемой им нефти постепенно растет. После достижения оптимального времени сорбции (4 часа), скорость активной сорбции заметно снижается, что объясняется, по-видимому, насыщением сорбентов нефтью, с одной стороны, и начинающимся процессом десорбции (в случае СКН-26 и СКС), с другой.

Рис.2 Зависимость сорбционной способности от количества сорбента: 1 – модифицированный ДССК, 2- модифицированный СКН-26, 3- модифицированный СКС

Была исследована также зависимость сорбционной способности полученных сорбентов от толщины нефтяной пленки. Известно, что максимальная поглотительная способность сорбентов проявляется при избыточном количестве по­глощаемого нефтепродукта [13, 14, 7]. При контакте твердых олеофильных частиц с толстой пленкой нефти вокруг них образуются мицеллы, взаимодействующие между собой с образованием своеобразной сетчатой структуры. Это приводит к значительному увеличению вязкости суспензии в целом, и при больших концентрациях порошковых сорбентов в нефти наблюдается образование плотных конгломератов. В этом случае порошковые гидрофобные материалы играют роль веществ-сгустителей и приводят к уме­ньшению площади пятна нефти [1].

Как видно из рис.3, увеличение толщины нефтяной пленки увеличивает нефтепоглощающую способность сорбентов.

Рис.3 Зависимость сорбционной способности от толщины нефтяной пленки: 1 – модифицированный ДССК, 2- модифицированный СКН-26, 3- модифицированный СКС

Исследование зависимости сорбционной способности полученных сорбентов от возраста нефтяной пленки позволяет сделать вывод, что чем «старше» по возрасту нефтяная пленка, тем хуже она удаляется с поверхности воды. Результаты исследований представлены на рис.4.

Рис.4 Зависимость сорбционной способности сорбентов от возраста нефтяной пленки: 1 – модифицированный ДССК, 2- модифицированный СКН-26, 3- модифицированный СКС

Результаты исследований зависимости сорбционной способности полученных сорбентов от числа использованных циклов представлены в таблице. Регенерируемость сорбентов - одна из основных эксплуатационных характеристик последних. Полученные данные позволяют сказать о хорошей регенерируемости сорбентов и возможности их неоднократного использования.

Регенерация сорбентов осуществлялась промывкой углеводородным растворителем с последующей воздушной сушкой.

Таблица

Таким образом, проведенные исследования говорят о потенциальной возможности применения синтезированных нами полимерных продуктов в качестве сорбентов для удаления тонких нефтяных пленок.

Литература:

1. Каменщиков Ф.А., Богомольный Е.И. Нефтяные сорбенты. М. – Ижевск: Институт ком-

пьютерных исследований, 2003. 268 с.

2. Рябчиков В.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового

использования. М.: ДеЛипринт, 2004. 300 с.

3. Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. М.: Недра, 1987. 224 с.

4. Каменщиков Ф.А., Богомольный Е.И. Удаление нефтепродуктов с водной поверхности и грунта. М. – Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2006. 528 с.

5. Горожанкина Г.И., Пинчукова Л.И. Сорбенты для сбора нефти: сравнительные характе-

ристики и особенности применения. Трубопроводный транспорт нефти. 2000. № 4. c.12-17.

6. Набаткин А.Н., Хлебников В.Н. Применение сорбентов для ликвидации нефтяных раз-

ливов. Нефтяное хозяйство. 2000. № 11. c. 61.

7. Хлесткин Р.Н., Самойлов Н.А., Шеметов А.В. Ликвидация разливов нефти при помощи

синтетических органических сорбентов. Нефтяное хозяйство. 1999. № 2. с. 46-49.

8. Самойлов Н.А., Хлесткин Р.Н., Шеметов А.В., Шаммазов А.А Сорбционный метод лик-

видации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. М.: Химия, 2001. 189 с.

9. Бордунов В.В., Коваль Е.О., Соболев И.А. Полимерные волокнистые сорбенты для сбора нефти. Нефтегазовые технологии. 2000. № 6. с. 30-31.

10. Kutchin A., Demin V., Shubnitcina E., Sazonov M. Protection of ground and water areas with use natural adsorbents. London:Thomas Telford, 2000.V.2.1486р.

11. Ананьева Т.А., Волков Ф.В., Назарова Е.В. Сорбционно-активный материал для очист-

ки воды от нефтепродуктов. Пат. 2158177 РФ. Б.И. 2001. № 4. с. 24.

12. Алосманов Известия вузов

13. Сулейманов А.В., Геокчаев Т.Б., Мамедов К.К. Устройство для сбора нефти с водной поверхности. Борьба с коррозией и защита окружающей среды.1987. №8, с.19-22.

14. Хлесткин Р.Н., Самойлов Н.А. О ликвидации разливов нефти при помощи растительных отходов. Нефтяное хозяйство. 2000, №7.