Защита окружающей среды от нефтяного загрязнения

Перспективно применение гранулированных адсорбентов и  жидкостей, обладающих магнитными свойствами, которые после адсорбции нефти  легко удаляются магнитом и др. Американская фирма "Amco Systems" разработала технологию применения для сбора нефти магнитной жидкости - "магнекола", придающей нефти магнитные свойства и позволяющей, удалять ее даже в виде тонких пленок. Но применение таких материалов не решает проблемы, так как перечисленные реагенты в основном токсичны. Кроме того, возникают трудности с равномерным рассеиванием гранул на загрязненной водной поверхности, особенно в ветренную погоду.

Для осаждения нефти на дно применяют нейтральные порошки, состоящие из естественных компонентов донных осадков, к которым прибавляют активированный кремнезем, естественный меловой порошок. Можно применять лигниновую и тальковую пыль, химически обработанный песок.

Для удаления нефти возможно применение минерального сырья, в частности перлитового. При термообработке при 600 - 1000 °С перлитовое сырье вспучивается. Для гидрофобизации вспученного перлита на нем путем обработки создают тонкую пленку парафинополимерной смеси и парафиностеариновой эмульсии. Нефтепоглощение у необработанного перлита достигает 0,52, после обработки - 0,64 - 0,70 г/г перлита. Обработанный перлит, попадая на поверхность воды, адсорбирует нефть и образует густую плотную массу, удобную для сбора обычными средствами (в том числе траловыми частыми сетями).

В случае применения пластмассовых микробаллонов (пламилона) значительно сокращается расход адсорбента. Для сбора 1 т нефти (по лабораторным данным) необходимо от 40 до 130 кг пламилона [69]. Степень очистки достигает 97 %.

В качестве адсорбента возможно применение эластичных и волокнистых материалов. Например, волокнистый адсорбент растительного происхождения обладает сорбционной емкостью 30 г/г адсорбента. Эластичные адсорбенты, например, изопреновый каучук, обладают емкостью 17 г/г адсорбента. Известны модифицированные волокнистые адсорбенты ВБМ, ВТ и ВТМ [136]. Сорбционное равновесие достигалось в течение 5 мин. Температурное изменение в пределах 2 - 25 °С практически не влияло на величину адсорбции. Кратность применения адсорбентов составляет 7 - 8 раз. Максимальная адсорбция ВБМ, ВТ, ВТМ составляла 37, 41 и 50 г/г адсорбента соответственно.

Метод удаления нефти с  водной поверхности не получил пока широкого распространения из-за сложности работ по удалению отработанного адсорбента с поверхности воды. Патент Канады (пат. 1135241 Канада, МКИ В 01F 20/28, С09К 3/32) предусматривает сбор разлитой по поверхности воды нефти при помощи диатомовой земли при соотношении объемов земли и нефти от 3:1 до 1:1. Образующийся глинообразный материал опускается на дно водоема. Смесь диатомовой земли с сеном, соломой, торфом в сочетании с адсорбированной нефтью плавает на поверхности не менее недели.

Флотация, как напорная, так  и с механическим диспергированием воздуха, находит все большее применение в процессах очистки нефтесодержащих сточных вод. Анализ работы напорных флотационных установок показывает, что повышения эффективности очистки можно достичь путем совершенствования процесса предварительной обработки сточной воды реагентами, а также за счет оптимизации систем сатурации распределения газонасыщенной воды в объеме обрабатываемой воды. Использование реагентов напорной флотации позволяет снизить загрязнения по нефтепродуктам и по взвешенным веществам. Использование статических трубчатых аппаратов в как смесителей, флокулятора и в системе сатурации позволяют создать малогабаритные технологические узлы флотационной установки, которые легко компонуются с любым типом флотатора и просты в управлении. Добавление известкового молока во флотационный шлам позволяет обезвоживать его, обеспечивая его транспортабельность к месту захоронения или утилизации.

При малой концентрации нефтепродуктов в воде наиболее эффективны активированные угли. На эффективность адсорбции существенное влияние оказывают состав сточной воды, свойства содержащихся в ней примесей, температура, рН [60]. Активированные угли, предназначенные для доочистки сточных вод, содержащих нефтепродукты и другие высокомолекулярные соединения, должны быть относительно крупнопористыми, чтобы их поверхность была доступна для сложных молекул веществ; обладать небольшой удерживающей способностью при регенерации и возможно большей способностью противостоять истиранию, а также легко смачиваться водой [60]. В отечественной практике для адсорбционного извлечения нефтепродуктов используют главным образом пять марок изготавливаемых промышленностью углей: АГ-3, КАД-йодные, БАУ, ДАК, АГ-5 [98].

При изучении эффективности  применения для доочистки некоторых  промысловых нефтесодержащих сточных  вод трех марок углей АГ-3, КАД, БАУ наиболее эффективным адсорбентом оказывается уголь марки БАУ. При его использовании остаточная концентрация нефти составляет не более 2 мг/л. При применении угля марки КАД также достигается достаточно высокий эффект удаления нефтепродуктов из сточных вод. Так, при концентрации нефти в исходной воде до 40 мг/л содержание ее в очищенном виде составляет 2 мг/л. При более низком исходном содержании нефти в сточной воде (менее 20 мг/л) активированный уголь обеспечивает глубокую очистку сточной воды. Это согласуется с общепринятыми представлениями о том, что адсорбционный процесс обеспечивает наибольшую глубину очистки при относительно низком содержании веществ в очищаемых сточных водах.

В связи с увеличением  загрязненности природных вод нефтепродуктами и другими органическими веществами, поступающими в водоемы со сточными водами, актуальным становится вопрос применения активированного угля вместо песка на станциях водоподготовки. Для этих целей применяется уголь марки АГ-3 как наиболее эффективный. Допустимая скорость фильтрования - 8 - 10 м/ч. Время контакта воды с углем - не менее 6 мин.

Химические методы удаления разливов нефти. Удаление нефти с помощью химических соединений - детергентов нашло применение при разливах нефти на море. К детергентам относятся различные растворители и вещества, образующие эмульсию, которые химически воздействуют на молекулы углеводородных соединений и изменяют их поверхностное натяжение. Наибольшее число этих соединений относится к алкилбензолсульфонатам натрия, которые отличаются по длине углеродной цепи, связанной с бензольным кольцом. Следует отметить, что токсичность детергентов для морских организмов часто выше, чем самой нефти, и широкое применение детергентов только усугубляет поражающее действие нефтяного загрязнения на гидробионты. Проводились эксперименты по совместному использованию адсорбентов и диспергаторов. Так, на акватории в районе Туапсе нефтяная пленка эффективно удалялась с помощью пенополиуретана ППУ-Э-40-0,8 и коррексита – 7664, использованного для диспергирования остатка нефти [43].

Предложены средства ЭПН-5 и ДН-75, разработанные аналитической лабораторией Института океанологии АН СССР, и метод их применения, который прошел экспериментальную проверку и доказал свою эффективность (М.П. Нестерова [121]). Для этой цели предложена [107] новая модификацию использования торфа, заключающаяся в применении пористых капроновых бон, наполненных термически обработанным торфяным порошком. Это значительно упрощает технологию сбора и удаления нефтепродуктов с поверхности воды.

Метод, основанный на взаимодействии нефтепродуктов с малодисперсным полимером, представлен в патенте Франции (пат. 2288709 Франция, МКИ С 02 В 9/02. Способ удаления нефтепродуктов с твердых и жидких поверхностей). Образующаяся при этом планка удаляется любым механическим способом.

Авторы (А.с. 241226 ЧССР, МКИ  С 02F 1/40. Способ очистки вод, загрязненных нефтепродуктами) предлагают удалять нефтепродукты из воды путем их адсорбции в слое гидрофобизованного вспененного перлита, через который вода проходит при перепаде давления 0,2 - 0,5 Мпа.

Для очистки поверхности  воды от нефти предлагается также  состав, содержащий ферромагнитный материал и кремнийорганическое соединение (железосодержащая окалина 99,50 - 99,95 % и метилсиликонат натрия 0,05 - 0,5 %) и состав, содержащий ПАВ и носитель, в качестве которых используют мылонафт - 65 - 95 % и нафтеновые кислоты - 5 - 35%.

Р.А. Дашдиев с соавторами (Ас. 1270209 СССР, МКИ Е02В 15/04, С 09КА 3/32. Состав для очистки поверхности воды от нефтяных загрязнений) предлагают способ удаления тонкой пленки нефти с поверхности  воды, включающий в себя нанесение  на пленку сорбента, пропитанного ПАВ, с последующим сбором сорбированной нефти. В качестве сорбента используют полипропиленовое волокно, а в качестве ПАВ - неонол П1013/3 или оксанол ЦО - 3.

Для связывания нефтепродуктов, различных на поверхности воды, в патенте (заявка 3732013 ФРГ, МКИ Е02 В 15/04, C02F 1/28. Способ связывания нефти в нефтеводяной суспензии) предлагается использовать высокодисперсную аморфную гидрофобную кремнекислоту. Повышение эффективности обработки достигается за счет применения специального устройства - прямоугольной воронки, полупогруженной в воду и перемещаемой с помощью буксировки широким концом вперед. Собираемая воронкой нефте-водяная смесь обрабатывается в воронке сорбентом.

Многочисленны и другие материалы, используемые в качестве сорбентов для сбора нефти с поверхности воды. Это свидетельствует о распространенности в мировой практике химического метода и большом интересе к решению проблемы.

Микробиологическое  разложение нефти. Перспективным направлением предотвращения загрязнения водоемов нефтепродуктами является микробиологическое разрушение. Для некоторых бактерий нефть является питательной средой. Однако естественная скорость микробиологического разрушения нефти в воде слишком низка, и этот процесс требует большого периода времени. Было установлено, что биологическая активность в большей степени зависит от температуры; скорость микробиологических процессов удваивается при каждом увеличении температуры на 10 °С. На развитие микроорганизмов большое влияние оказывает содержание высоколетучих компонентов нефти. Введение в воду незначительного количества нитрата и фосфата (0,1 и 0,35 г на 100 мл соответственно) увеличивает степень разрушения нефти на 70 %. Так как нет микроорганизмов, которые полностью удовлетворяли бы требованиям разрушения нефти на воде (способных расти и размножаться, оставаться жизнеспособными продолжительное время, не служить пищей для других водных организмов), рекомендуется использовать колонии из нескольких видов микроорганизмов.

Число органических соединений, используемых гетеротрофными микроорганизмами в качестве источников углерода, очень велико. Предполагается, что для каждого углеродного соединения, образуемого в природе, существуют микроорганизмы, способствующие их разложению.

Поглощение микроорганизмами углеводородов нефти является установленным фактом, хотя многие вопросы, связанные с микробиологической трансформацией нефти, изучены недостаточно. Наличие нефти является важнейшим экологическим фактором, обусловливающим развитие определенных видов микроорганизмов, способных использовать составные компоненты нефти в качестве единственного источника углерода и энергии. Оценка степени загрязненности почв и методы их очистки разработаны гораздо слабее, чем для воды. Однако именно почва служит резервуаром, в котором загрязнения могут накапливаться в большом количестве в силу ее адсорбирующей способности. Поэтому изучение влияния нефти на биологические процессы, происходящие в почве и обусловливающие ее самоочищение, является необходимым звеном в разработке эффективных мер по охране почвенно-земельных ресурсов в стране.

Известно, что механическая очистка почв и грунтовых вод  очень трудоемка и, как правило, связана со значительными экономическими затратами. Судя по имеющимся, пока немногочисленным, данным, перспективными могут оказаться микробиологические методы, позволяющие сократить время, необходимое для ликвидации последствий загрязнения почвы нефтью, с нескольких десятилетий до нескольких лет и даже нескольких месяцев [9].

Химический состав нефти  является одним из важнейших экологических факторов, обусловливающих развитие микроорганизмов в среде, содержащей нефть. Наиболее доступны микробиологическому воздействию алифатические углеводороды [158]. Очистка старых нефтяных амбаров с помощью сапрофитов испытывалась на севере округа Санта-Барбара [101]. Объем амбара составил 1110 м³, В течение 6 месяцев бактерии переработали 525 м³ нефти, а вся эмульсия оказалась разрушенной. На переработку 1 м³ первоначально содержащегося в амбаре материала израсходовано 1,25 долл.

Кавказским отделом гидрологии и водных ресурсов СевНИИГИМа разработаны  рекомендации по использованию биологических  методов очистки поверхностных вод от нефтепродуктов. Создаются биологические системы (биологические пруды), обладающие повышенной самоочищающей способностью по отношению к нефтепродуктам. Биопруд состоит из двух каскадов плотин, построенных в местах сточных вод. Плотины оборудованы обычными и сифонными водосливными трубами.

Верхний каскад пруда задерживает  механические примеси и более  крупные частицы, поступающие с  ливневыми паводковыми водами. Вода через трубы диаметром 600 — 800 мм поступает на ложе пруда нижнего каскада, где в основном и происходит очистка воды от нефти и солей.

На плотине второго  каскада биопруда водослив устроен  на двух уровнях. Верхний водослив служит для предотвращения смыва плотины ливневыми стоками. Нижние трубы оборудованы сифоновыми водосливами для поддержания заданного уровня в пруду. Там же установлены заглушки, которые открываются для осушения ложа пруда или аварийного спуска воды.

Вода задерживается на десятки часов для микробиологического очищения. Иловые отложения и мелководье создают благоприятные условия для роста камыша озерного, осоки, рогозы узколистной. Эти растения в значительной степени потребляют неорганические ионы и ускоряют развитие нефтеокисляющих бактерий. Многолетние лабораторные исследования подтвердили заметное снижение солевого состава вод по мере прохождения их через заросли самокрофилов. Из длительно загрязнявшейся почвы в районе скважины в Канаде были выделены микроорганизмы, использующие нефть в процессе метасолизма. Изучалась смесь мезофильных культур аэробных бактерий, представленная Psevdomonas Chromobacterium и другими видами.