+7 (342) 239-67-32
г. Пермь, ул. Генкеля, 4

Использование сорбентов на основе активного угля для борьбы с разливами нефти // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2006. – № 10. – С. 19-21.

Разливы, утечки нефти и нефтепродуктов, как показывает практика, неизбежны при их добыче, переработке и транспортировке. Основное количество аварийных ситуаций регистрируется на предприятиях нефтедобывающей промышленности и трубопроводного транспорта. Причинами аварий, главным образом, являются прорывы нефтепроводов и резервуаров. В России ежегодно происходит от 50 до 60 тыс. случаев прорыва трубопроводов. В 300 из них в почву и водоемы попадает более 10 тыс. т нефти. В отличие от локально расположенных предприятий на них практически невозможно предусмотреть меры по защите окружающей среды на всей протяженности, достигающей многих тысяч километров.

Для ликвидации аварий, связанных с разливами нефтепродуктов, необходимы эффективные и легко реализуемые методы, позволяющие быстро развернуть работы в различных природно-техногенных условиях. Используемые при этом реагенты и технические приемы не должны наносить вред окружающей среде. Наиболее полно таким условиям отвечает применение различного ряда сорбентов.

Процессы сорбции часто встречаются в природной среде. К важнейшим природным сорбентам относятся коллоиды оксида Мn (IV), сорбирующие Ni, Со, К, Ва, Сu, Zn; гидроксида Fe (III), сорбирующие As, V, P, Se; кремнезема, сорбирующие радиоактивные элементы [1]. Среди природных геохимических сорбционных барьеров, ограничивающих миграцию нефтяных углеводородов, наиболее важную роль играют органосорбционные барьеры в органогенных и гумусовых горизонтах почв, что определяет преимущественно приповерхностную аккумуляцию углеводородов. На них оседает основная масса поллютантов. Такие горизонты практически не пропускают органические поллютанты. Наиболее высокие содержания битуминозных веществ (до 550 г/кг сухой массы) наблюдаются в торфяных горизонтах. Важное значение для концентрации углеводородов имеют и минерально-сорбционные барьеры, формирующиеся на контакте гранулометрически легких и более тяжелых субстратов в профиле почв или подстилающих пород. Количество аккумулированных углеводородов находится в прямой зависимости от мощности этих горизонтов [5].

Интенсивность накопления нефти на природных сорбционных барьерах зависит от степени их увлажнения. Чем сильнее увлажнение почвы, тем меньше возможность внутрипочвенного закрепления нефти и тем выше активность ее распространения. Нефтепроницаемость почвенных горизонтов увеличивается с размерами и формой пор, расположением частиц грунта, наличием и размерами капилляров, трещин и корневых ходов [5, 7]. Таким образом, механизм сорбции нефти естественным путем достаточно сложен. Увеличение эффективности сорбционных процессов может быть достигнуто путем применения искусственных сорбентов.

Дня удаления нефтяного загрязнения используются различные виды сорбентов: органические (углеродные и неуглеродные), целлюлозосодержащие (лигнин, опилки), на основе торфа и сапропеля, на основе сырья растительного (лузга гречки и подсолнечника, солома) и животного происхождения (хитин), синтетические (каучуки, нитрон) и биосорбенты [4].

Наиболее широко применяются в качестве сорбентов активированные угли. Они состоят из множества беспорядочно расположенных микрокристаллов графита, образовавшихся в результате сочетания углеродных атомов при нагреве углеродсодержащего сырья. Основой вещества активных углей является углерод (до 96%). Активированный уголь имеет большую площадь поверхности на единицу массы (580…1400 м2/г) и соответствующую пористую структуру [2], Такие характеристики дают возможность эффективного использования углей для очистки жидких сред от широкого спектра примесей (от мелких, соизмеримых с молекулами йода, до молекул жиров, масел, хлорорганических соединений и нефтепродуктов). Тонкодисперсные отходы производства активных углей используют для извлечения из воды тонкодисперсных органических примесей [4].

Опытные работы по разработке технологий на основе использования в качестве сорбентов активных углей приводились в связи с аварией на участке нефтепровода Сургут-Полоцк (Пермский край). Здесь зимой вылилось около 100 м3 нефти на площади 0,6 га. Место аварии расположено на приводораздельной части левобережья р. Койвы (бассейн р. Камы), в 1,2 км от нее. В результате мероприятий по ликвидации аварии были проведены локализация разлившейся нефти в специально вырытый котлован и закачка части собранной нефти в нефтепровод.

Остатки нефти были срезаны с поверхностным слоем грунта, складированы в котлован, расположенный в естественном понижении недалеко от нефтепровода, и обвалованы. Объем грунта, перемешанного с нефтью и снегом, составил около 600 м3. Разлив значительного количества нефтепродуктов, имеющих положительную температуру, вызвал таяние снега и частичное оттаивание грунта.

Верхняя часть разреза участка разлива нефти представлена четвертичными элювиально-делювиальными суглинками, с дресвой и щебнем сланца и кварца, мощностью от 1,5 до 3,5 м. Коренные породы представлены протерозойско-кембрийскими сланцами с прослоями песчаников и известняков.

В районе аварии было проведено опробование загрязненного грунта, воды из шурфов пройденных на участке складирования, а также снега, воды в р. Койве и незагрязненных грунтов для определения фоновых характеристик (табл. 1).

Таблица 1 Содержание нефтепродуктов в пробах с места авария после оттаивания
По данным выполненных химических анализов, снег в районе аварии имеет гидрокарбонатно-суль-фатный кальциевый состав, с минерализацией 0,04 г/л (табл. 2). Содержание нефтепродуктов составляет 0,12 мг/л. Химический состав воды в р. Койве гидрокарбо-натно-кальциевый, минерализация 0,25 г/л. Содержание нефтепродуктов составляет 0,18 мг/л (см. табл. 2).

Пробы отбирались ниже очистных сооружений поселка Теплая Гора. Фоновое содержание нефтепродуктов в суглинистых элювиально-делювиальных грунт) составило 0,069…0,078 г/кг.

По данным опробования среднее содержат грунта, воды и нефтепродуктов в смеси составляет соответственно 64, 30 и 6% мас. По ориентировочным расчетам в смеси грунта, снега и нефти содер жится ориентировочно 48 т нефтепродуктов. Опробование воды из шурфов, пройденных в загрязненном грунте, показало, что содержание нефтепродутов в ней составляет 1,88…5,30 г/л, подавляющая часть которых представлена пленкой на поверхности воды.

Для ликвидации разлива нефти изучена возможность использования отходов производства активированного угля [б]. При разработке методов удаления нефтепродуктов были проведены эксперименты в лабораторных условиях с сорбентами, изготовленными из отходов, образующихся при производстве активированного угля на одном из предприятий г. Перми. Для исследований был использован образец воды отобранный на месте аварии, с максимальным содержанием нефтепродуктов (проба № 5, табл. 1).

С целью обеспечения комплексности и полноты очистки был разработан и изготовлен образец многокомпонентного сорбента, состоящий из частиц активированного угля с положительной (А) и отрицательной (Б) плавучестью. Такой сорбент позволяет удалять нефтепродукты как с поверхности, так и из объема воды. Сорбент засыпался в емкости с нефтезагрязненной водой. После отстаивания в течении суток сорбент полностью разделился на два слоя — осадок на дне кюветы и плавающий слой. Плавающий слой сорбента удалялся с поверхности воды. После сбора сорбента нефтяной пленки на поверхности воды не наблюдалось, после отстаивания воды в течение суток поверхностная пленка вновь не образовывалась. Вода содержала нефтепродукты ниже ПДК. Таким образом, проведенные лабораторные испытания показали, что при применении многокомпонентного сорбента обеспечивается разрушение водно-нефтяной эмульсии и удаление нефти как в объеме, так и с поверхности воды.

Таблица 2 Химический состав воды и снега в районе аварии, мг/л


Схема очистки участка от нефтяного загрязнения с помощью сорбентов

На рисунке приведена одна из возможных принципиальных схем применения предлагаемого способа. В загрязненном грунте выкапываются траншеи и заполняются сорбентом. Глубина траншей определяется фильтрационными и физико-механическими свойствами грунтов, условиями залегания грунтовых вод в районе аварии. Траншеи с течением времени заполняются нефтепродуктами, водой (атмосферные осадки, таяние снега, верховодка). В траншеи засыпается многокомпонентный сорбент. Загрязненная вода, дренированная траншеями, очищается сорбентом Б. Часть сорбента после осаждения образует сорбирующий слой на дне, который при фильтрации воды в грунт будет работать по принципу намывного фильтра. Нефтяная пленка удаляется плавающим сорбентом А.

Для предотвращения возможного загрязнения грунтовых вод за пределами обваловки, вследствие просачивания нефтепродуктов сквозь тело дамбы и инфильтрации в грунтовые воды с участка складирования рекомендуется по направлению движения подземных вод выкопать траншею и заполнить ее сорбентом Б. Для контроля эффективности ниже по потоку необходимо предусмотреть контрольные скважины. После очистки сорбент удаляется и утилизируется, например, путем сжигания в топках или может оставаться на месте, а на участке складирования проводится техническая и биологическая рекультивация [3].

Таким образом все нефтепродукты локализуются на ограниченном участке, предотвращается их распространение поверхностными и подземными водами. К сожалению, для ликвидации последствий данной аварии предложенный метод по разным причинам не был реализован. Однако, учитывая то, что метод сравнительно прост в применении и экономичен, поскольку для его реализации используются отходы производства активированного угля, он может применяться для локализации аварийных разливов нефти. Кроме того, сорбент, учитывая его низкую стоимость, может использоваться в виде экранов, укладываемых в местах с высокой вероятностью разлива технологических продуктов на нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих и нефтетранспортных предприятиях нефтяной промышленности, при загрязнении поверхностных вод и в ряде других случаев.

Статья написана при поддержке РФФИ грант № 04-05-96039.

ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеенко В.А., Алексеенко Л.П. Геохимические барьеры: Учеб. пособие. — М.: Логос, 2003. — 144 с.

2. Доусон Г., Мерсер Б. Обезвреживание токсичных отходов. — М.: Стройиздат, 1996. — 288 с.

3. Исмаилов Н.М., Пиковский Ю.И. Современное состояние методов рекультивации нефтезагрязненных земель. Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем I/ Сер. «Современные проблемы биосферы» — М.: Наука, 1988. — С. 222-230.

4. Каменщиков Ф.А., Богомольный Е.М. Нефтяные сорбенты. — Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005. — 268 с.

5. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. — М.: Изд-во МГУ, 1998. — 367 с.

6. Возможные пути борьбы с последствиями разливов нефтепродуктов / Шумилова И.Б., Максимович Н.Г., Блинов СМ., Кузнецов Л.Н. //Геология, разработка, бурение и эксплуатация нефтяных месторождений Пермского Прикамья: Сб. науч. тр.- Пермь,1999. -Вып.2. — С. 240-249.

7. Tavenas F., Jean P., Leblond P., Lerouel S. The Permeability of Natural Soft Clas. Part II: Pervtability Characteristics //Canadian Geotechnical J. — 1964. — Vol. 20. -Iss. 4. -P. 645-675.