Новые сорбенты для ликвидации загрязнений поверхностных и подземных вод дизельным топливом

Аннотация: В данной статье рассматривается проблема нефтяного загрязнения экосистем и методы их ликвидации. Показано, что сорбционный метод – один из наиболее перспективных способов очистки природных вод от нефтяных остатков. Данный метод является эффективный, простым и недорогим Использование растительных отходов (опилки, шелуха сельскохозяйственных растений, солома и др.) делает сорбционный метод еще более привлекательным, позволяя связать очистку водоемов с одновременной утилизацией сырья.

Ключевые слова: экологические катастрофы, нефтяные загрязнения, дизельное топливо, фотоколориметрическое определение, закон Бугера–Ламберта–Бера, эффективность сорбции.

Проблема загрязнения нефтепродуктами поверхностных и подземных вод с каждым годом приобретает все большие масштабы в связи с постоянно возрастающей потребностью в энергоресурсах. Рост добычи и транспортировки нефти и нефтепродуктов обусловливает необходимость строительства новых нефтехранилищ, нефтеперерабатывающих и нефтетранзитных объектов (нефтебаз, нефтетерминалов). Места расположения таких объектов определяются, прежде всего, наличием необходимой инфраструктуры. При этом выбор пригодных под строительство территорий иногда ограничен по определенным причинам и размещение подобных объектов проводится пределах площадок, характеризующихся относительно неблагоприятными гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями, в частности не глубоким залеганием грунтовых вод[1].

Нефтепродукты представляют собой сложную смесь соединений разных классов и являются распространенными экотоксикантами природных вод. Источниками попадания их в воду могут быть выбросы в воздух несгоревших компонентов топлива аварийные ситуации при транспортировке и хранении летучие и малорастворимые компоненты уносятся из воды воздушными потоками, а растворившиеся и диспергированные в воде фракции в результате действия биологических, физико-химических факторов подвергаются трансформации. Для организации зашиты водных объектов от техногенного воздействия необходимо выявить источники нефтяного загрязнения. Это обусловливает необходимость тщательного выбора методов контроля и мониторинга, используемых для оценки содержания НП воде а также методов по надежному выявлению  источников загрязнения водных объектов[2].

Неблагоприятное воздействие нефтепродуктов сказывается различными способами на организме человека, животном мире, водной растительности, физическом, химическом и биологическом состоянии водоема. Входящие в состав нефтепродуктов низкомолекулярные алифатические, нафтеновые и особенно ароматические углеводороды оказывают токсическое и, в некоторой степени, наркотическое воздействие на организм, поражая сердечно-сосудистую и нервную системы. Нефтепродукты обволакивают оперение птиц, поверхность тела и органы других гидробионтов, вызывая заболевания и гибель.

Большая часть аттестованных и временно допущенных к использованию методик регистрации НП в природных и сточных водах основана на выделении НП из воды, сорбционной очистке экстракта и дальнейшем количественном определении НП с использованием различных способов измерения их содержания методы колоночной хроматографии гравиметрическим, ИК- и УФ-спектрофотометрическим окончанием флуоресцентный rазохроматографический.

Методики определения НП основанные на гравиметрии, флуориметрии и ИК-спектрометрии, позволяют получить информацию о суммарном содержании в воде неполярных и малополярных углеводородов нефтяного происхождения, однако с их помощью невозможно установить природу определяемых веществ[3].

Сорбционный метод – один из наиболее эффективных и рациональных методов, широко применяется для ликвидации разливов нефти. Он позволяет эффективно и быстро извлекать из воды различной природы загрязнения независимо от их химической устойчивости до остаточной концентрации, в несколько раз меньшей ПДК. Исследования последних лет показывают, что дорогие промышленные сорбенты могут быть заменены на материалы, полученные из природного сырья или отходов производств, основой которых является целлюлоза – легко поддающийся модификации биополимер. В частности, известны образцы на основе люцерны, фасоли, рисовой и гречневой шелухи, древесных опилок, кокосового и грецкого орехов. Немаловажным является и то, что каждый регион способен выбрать свою сырьевую базу в зависимости от специфики промышленности. В республике Башкортостан ей с успехом может выступать отходы переработки семян подсолнечника (лузга). Ежегодно свыше 400 т лузги сжигаются либо выбрасываются в отвал, в результате чего дополнительно создается экологическая нагрузка . Использование данных отходов для получения нефтяных сорбентов позволит не только получить эффективные материалы, но и одновременно связать их экологически безопасную  ликвидацию с рациональным применением.

Исследования проводились на образцах подсолнечника (лузга) и гречихи (шелуха), выращенных на территории Республики Башкортостан. Для получения сорбентов исходный материал промывали горячей дистиллированной водой (90 ⁰С) с целью удаления водорастворимых компонентов- полисахаридов и полифенолов, после – водным раствором этилового спирта (1:1), удаляя тем самым жирорастворимые соединения, красящие пигменты. Полученный материал в дальнейшем замачивали в концентрированной соляной кислоте с последующим инклюдированием концентрированным раствором едкого натра в течение 2-х часов при комнатной температуре, либо подвергали низкотемпературной обработке при -20 ⁰С в течение 50 часов, после чего дефростировали паром при температуре +100 ⁰С. Полученные материалы промывались дистиллированной водой до нейтральной реакции промывных вод, высушивались в сушильном шкафу при +105 ⁰С до постоянной массы и измельчались с помощью лабораторной мельницы до фракции 0,1-0,2 мм.

Для определения сорбционной емкости полученных сорбентов использовали стандартную методику, основанную в измерении оптической плотности раствора вещества-маркера (0,1 н раствор иода и метиленового голубого с концентрацией 1500 мг/л), полученного после контакта с навеской образца в течение точно заданного времени. Определение сорбционной способности полученного материала по отношению к нефтепродуктам проводилось с привлечением фотоколориметрии.  Для этого были приготовлены эмульсии нефтепродуктов в воде, в которых настаивались в течение 1 ч навески исследуемых материалов (0,5 г на 50 мл раствора), после чего была определена их оптическая плотность. Идентификация остаточной концентрации нефтепродуктов основана на способности углеводородов окисляться концентрированной серной кислотой, давая окрашенные в темный цвет продукты. Для построения калибровочных графиков проводили серию измерений,, отбрасывали промахи и брали среднее из оставшихся результатов.

В таблице 1 представлены значения сорбционной емкости исследуемых материалов по отношению к иоду и метиленовому голубому.

Таблица 1.

Значения сорбционной емкости сорбентов

Из экспериментальных данных следует, что лучшими сорбционными свойствами обладает образец 3 (кислотно – щелочная шелуха гречихи), превосходящий по сорбции нефтепродуктов промышленный торфяной материал «Сорбонафт» в среднем на 30 %.; наименьшей емкостью – сорбент 1 (кислотно – щелочная лузга подсолнечник). Предположено, что на характер сорбции нефтепродуктов  в первую очередь влияют вид и структура полисахаридной матрицы исходного сырья, а также размер пор полученных сорбентов, который определяется, главным образом, условиями модификации. Нефтепродукты содержат гидрофобные неполярные группы, в результате чего их поглощение материалами обусловлено Ван-дер-Ваальсовыми силами и физической адсорбцией. Результаты исследований свидетельствуют об эффективности растительного сырья, что открывает широкие возможности производства на его основе экологически безопасных, дешевых сорбентов.

Литература:

1. Абдуллаев Б.Д., Григоренко А.В., Капризина Г.И., Гендель Г.Л., Клейменов А.В., Клейменова И.Е. Изучение состояния загрязнения нефтепродуктами грунтовых вод в пределах конусавыноса//Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. №3. 2007.
2. Холова А.Р., Вождаева М.Ю., Кантор Л.И., Гагарина Л.Н., кантор Е.А., Мельницкий И.А. Определение источников загрязнения водных объектов по оценке времени контакта нефтепродуктов с водой// Экология и промышленность России, 2011.
3. Другов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при разливах нефти нефтепродуктов. Практическое руководство. С.-Пб.: Анатолия, 2000.