Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Очистка поверхности воды от нефтяных загрязнений с использованием карбамидоформальдегидных пеносорбентов

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Очистка поверхности воды от нефтяных загрязнений с использованием карбамидоформальдегидных пеносорбентов"

И ? " ;

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МЕЛИЕВ БАХТИЁР УКТАМОВИЧ

УДК (628.19 + 621.642.8):502.55

ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КА РБАМ ИДОФОРМ АЛ ЬДЕГИДН ЫХ ПЕНОСОРБЕНТОВ

11.00.11 • Охрана окружающей среды и рациональное

использование природных ресурсов 05.15.13 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТЮМЕНЬ-1996

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

М Е Л И Е В БАХТИЁР УКТАМОВИЧ

УДК (628.19 + 621.642.8): 502.55

ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ~

ЗАГРЯЗНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ ПЕНОСОРРЕНТОВ

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рационально:'

использование природных ресурсов 05.15.13 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТЮМЕНЬ - 1996

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете и Институте криосферы Земли Сибирского отделения РАН.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН НЕСТЕРОВ И.И.

Научный консультант:

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ФЕКЛИСТОВ В.Н.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

ЩИПАНОВ В.П.

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник ВАЛЕЕВА Э.И.

Ведущее предприятие: Акционерное общество "Сибнефтепровод"

Защита состоится "11" апреля 1996 года в 14°° часов на заседании диссертационного Совета Д 064.07.02 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625036, г. Тюмень, ул. Володарского, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета.

Автореферат разослан *•_<)_" марта 1996 года. Ученый секретарь диссертационного

Совета, д.т.н., профессор г?^/^ ЫАНТАРИН В.Д.

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Нефтяная и газовая промышленность являются основной сырьевой базой топливно-энергетического комплекса и многих отраслей перерабатывающей промышленности, что в конечном итоге определяет развитие всей экономики, о чем свидетельствует непрерывное повышение удельной значимости этих природных углеводородов в топливном балансе развитых стран мира.

Большие объемы разведки, добычи, транспорта, хранения и переработки нефти являются ключевым фактором загрязнения окружающей среды нефтью и продуктами ее переработки. В связи с этим перед мировой общественностью остро встает вопрос о предотвращении, дальнейшего загрязнения окружающей среды нефтянйми продуктами, а в случае аварийных выбросов нефти быстрой ее локализации и ликвидации со всех загрязненных территорий и акваторий с помощью всех имеющихся средств.

Все вышесказанное ставит перед исследователями ездили по разработке материалов и технологий для быстрой локализации и ликвидации нефтяных загрязнений при аварийных разливах, чтобы умань-еить ущерб наносимый окружающей среде.

Решению этих' проблем посвящены исследования и различные научно-технические разработки Г.Е. Панова, О.Г. Миронова, H.A. Александрова, Г.С. Кесельмана, А. Нельсон-Смита, Л.Г. Телегина, В.А. Сандлера, М.П. Нестеровой, Д.Д. Багроуд, А.У. Шарипова и других ученых. Анализ этих разработок и литературных источников показывает, что из имеющихся способов ликвидации нефтяных загрязнений, наиболее эффективными являются локализация и сбор разлитой нефти с использованием различных сорбентов. Имеющиеся, в настоящее время, природные сорбенты не отличаются высокой нефтеемкостъ: и плавучестью в связи с большой плотностью, а сложность и энерго-

емкость технологии получения, дороговизна составляющих компонентов и жесткие требования к токсичности не позволяют широко использовать искусственные сорбенты. Также, существует проблема разделения водонефтяной эмульсии с высокой концентрацией нефти (типа "шоколадный мусс"), которая образуется под влиянием природных факторов.

Цель работы. Разработка эффективного сорбента на основе кар-бамидоформальдегидных пеноматериалов, исследование его сорбцион-ных свойств, в зависимости от характеристик и технологических параметров сорбируемой жидкости; решение технологических принципов использования разработанного пеносорбента и оценка экологической безопасности его применения, позволяющего ликвидировать последствия аварийных разливов нефти; утилизация отработанного сорбента.

Основные задачи. В соответствии с целью работы были поставлены следующие основные задачи исследований:

1.. Определить оптимальные технологические параметры и подобрать рецептуру для получения эффективного пеносорбента на основе недефицитных и дешевых карбамидоформальдегидных смол, решить технологические принципы его применения и утилизации.

2. Исследовать процесс сорбции нефти и других углеводородов в зависимости от характеристик пеносорбента, сорбируемой жидкости, технологических условий и определить оптимальные параметры его применения.

3. Разработать способ и технологию разделения водонефтяной эмульсии типа "шоколадный мусс" с использованием пеносорбента.

4. Исследовать токсикологические свойства разработанного пеносорбента, с точки зрения экологической безопасности его применения.

Научная новизна работы:

- установлена высокая сорбционная способность и избиратель-

нал смачиваемость на нефть и другие углеводороды разработанного пеносорбента;

- предложена адекватная математическая модель, позволяющая описать кинетику процесса сорбции и теоретически . рассчитать удельный расход сорбента и толщину слоя его укладки, в зависимости от характеристик сорбируемой жидкости;

- подобраны оптимальные параметры пеносорбента и сорбируемой жидкости для достижения высоких сорбционных показателей;

- разработан эффективный способ разделения водонефтяной эмульсии типа "шоколадный мусс" с использованием пеносорбента;

- установлена экологическая безопасность применения пеносорбента при ликвидации аварийных разливов нефти;

- предлагается новая технология утилизации отработанного сорбента путем закачивания непосредственно в нефтепровод, о дальнейшим его извлечением на фильтрах нефтеперекачивающих станций.

Практическая ценность. Разработан сорбент с высокими сорбци-онными свойствами на основе дешевых и недефицитных карбамидофор-мальдегидных смол, позволяющий быстро и эффективно локализовать и ликвидировать нефтяные загрязнения при аварийных разливах.

Предложена технология применения пеносорбента для очистки поверхности воды и песка от нефтяных загрязнений, разделения водонефтяной эмульсии типа "шоколадный мусс", а также безотходная технология утилизации отработанного сорбента.

Установлены параметры экологически безопасного применения пеносорбента при ликвидации нефтяных загрязнений с поверхности воды и грунта. Получен гигиенический сертификат на реализацию и применение пеносорбента и разработан технологический регламент по его безопасному применению.

Диссертационная работа' выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательских работ ТюмГНГУ и Института криосферы

Земли СО РАН.

Реализация работы. Разработанный сорбент прошел промышленные испытания в государственном производственном объединении "Узиеф-тепереработка", в акционерных обществах "Сибнефтепровод" и "Чер-номортранснефть" и рекомендован для широкого применения в различных отраслях промышленности при ликвидации нефтяных загрязнений.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на:

- республиканской научно-технической конференции с международным участием "Экология и прогрессивные технологии в строительстве для условий Сибири и Севера" (Барнаул, сентябрь 1993 г.);

- научно-практической конференции "Комплексное освоение нефтегазовых месторождений юга Западной Сибири"(Тюмень, май 1995 г.);

- Всероссийских учениях по ликвидации аварий и их последствий на подводных переходах магистральных нефтепроводов (Омск, август.1995 г.);

- международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды" (Томск, сентябрь 1995 г.);

- международной конференции "Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на Крайнем Севере" (Тюмень, сентябрь 1995 г.);

- международных выставках "Тюмень: нефть и газ - 94, 95";

- научных семинарах Института криосферы Земли СО РАН и ТюмГКГУ (Тюмень, 1993 +1995 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на страницах и состоит из введения, пяти глав с выводами по каждой главе, основных выводов, списка использованной отечественной и зарубежной литературы из 1Й5 наименований и приложений; содержит 8. таблиц и 50 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается необходимость своевременной локализации и ликвидации нефтяных загрязнений при аварийных разливах с использованием сорбентов. Сформулированы цели и задачи исследований, приводится краткое содержание основных результатов работы.

В первой главе проведен литературный анализ современного состояния проблемы загрязнения окружающей среды нефтью, продуктами ее переработки и методов борьбы с этими загрязнениями. Рассмотрены причины и последствия загрязнения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами, поведение этих загрязнений под влиянием природных факторов и их воздействие на биосферу.

Приведен обзор имеющихся материалов и технологий для ликвидации нефтяных загрязнений, который показал, что существующие методы очистки в отдельности не позволяют быстро и эффективно лик- . видкровать аварийные разливы нефти и нефтепродуктов. Применяемые для сбора разлитой нефти различные природные сорбенты малоэффективны, в связи с невысокой плавучестью и сорбционно'л емкостью, а искусственные сорбенты не отвечают экологическим требованиям.

' В связи с этим, для дальнейших исследований в качестве сорбента, для очистки поверхности воды и грунта от нефтяных загрязнений, был выбран пеноматериал, получаемый на основе карбамидо-формальдегидных смол. В отличии от других полимерных пенных сорбентов, карбамидоформальдегидный пеносорбект (КФП-сорбент), имеет более высокую сорбционную способность, обусловленную большой удельной поверхностью, хорошей плавучестью, достаточными гидрофобными и олеофильными свойствами.

Вторая глава посвящена подбору рецептуры и оптимальных технологических параметров д'ля получения КФП- сорбента с еысским. сорбционными свойствами.

Карбамидоформальдегидный пеносорбент состоит из карбамидо-формальдегидной смолы, пенообразователя и отвердителя. Карбамидо-формальдегидные смолы марок КФ-МТ, ПКФ и КФЖ, на основе которых изготовляют КФП-сорбент, являются не только самыми дешевыми и недефицитными, но и малотоксичными. В качестве пенообразователя используется сульфонол марки НП-3, а отвердителем является ортофос-форная кислота (Н3РО4). Низкая стошость исследуемого сорбента объясняется малым содержанием твердой фазы, невысокой стоимостью исходных компонентов и простотой технологии его получения.

Для определения наиболее оптимального состава и кратности (плотности) пенообразующей композиции, концентрации растьоров и их объемное соотношение варьировалось в широких пределах и определялось рецептурным составом. Эксперименты показали, что для получения пеносорбента с достаточно высокими сорбционными характеристиками необходимо иметь содержание смолы в свежеполучаемой пене 25 * 30 масс.%, пенообразователя 1 * 1,5 масс. % и отвердителя 1 + 1,5 масс, %, Также были определены оптимальные технологические параметры, в частности кратность (плотность) и соотношение между водными растворами, которое составляет 3 + 3,5 части раствора смолы с пенообразователем к 1 части раствора отвердителя.

КФП-сорбент, по предлагаемой технологии, получают принудительным вспениванием водного раствора карбамидоформальдегидной смолы с отверждением пенной структуры кислотой, и с последующей его сушкой, гранулированием и упаковкой для дальнейшего хранения (рис, 1).

Особенность получения пеносорбента заключается в том, что после завершения процесса отверящения пленок полимерной основы происходит процесс естественной или искусственной сушки, в результате которого избыточная влага из каркаса испаряется. Процесс сушки приводит к возникновению напряжений в пленках и каналах,

Технологическая схема получения, применения и утилизации КФП-сорбента.

Рис. I

образующих пузырьковую структуру пены, что вызывает разрушение их значительного количества в объеме, В результате этих деструктивных изменений пена превращается в материал, преимущественно, с открытоячеистой структурой (поропласт), т. е. в КФП-сорбент. Замкнутых пор остается, в зависимости от кратности получаемой пены, порядка 3 + 10 X, а открытых пор ■• 90 + 97 %. Благодаря отк-рытопористой структуре полученный поропласт является эффективным сорбентом для сбора нефтяных загрязнений с поверхности воды.

Сушка пеносорбента может происходить в принудительном порядке (при температуре не выше + 60°С) в течение 8+20 часов или в естественных условиях, т.е. на открытом воздухе (при благслрият-ных погодных условиях) в течение 48 + 72 часов.

Срок хранения КФП-сорбента в герметичных упаковках или в сухом помещении составляет не менее 3 лет и в течение этого времени его сорбционные характеристики не изменяются.

Третья глава посвящена исследованию процесса сорбции нефти и других углеводородов разработанным КФП-сорбентом в зависимости от характеристик сорбента, сорбируемой жидкости и технологических условий.

Процесс сорбции - это один из видов капиллярного явления. Известно, что капиллярные явления наблюдаются в содержащих жидкость узких сосудах (капилляры, капиллярно-пористые тела), у которых расстояние между стенками соизмеримо с радиусом кривизны поверхности жидкости.

Характер избирательной смачиваемости КФП-сорбента изучался путем измерения, краевого угла смачивания 8, образуемого двумя жидкостями (дистиллированная вода и нефть) на поверхности твердого тела, представляющего собой пластинку из полимерной основы разработанного сорбента. Для определения краевого угла смачивания (0) был применен метод проецирования капли на экран телевизора с

помощью видеокамеры с увеличением в 200 раз. Установлено, что угол смачивания (8) полимерной основы пеносорбента водой и нефтью составляет, соответственно, 100° и 25°. Благодаря этому КФП-сор-бент обладает не только гидрофобными, но И' олеофильными свойствами, в результате чего он избирательно впитывает нефть и другие углеводороды, но "отталкивает" воду.

Учитывал значения физических параметров пеносорбента и нефти, с учетом наблюдаемых в эксперименте высот капиллярного поднятия, который для КФП-сорбента равен Ь = 30 + 60 мм (рис. 2), путем расчетов были определены значения минимального размера его пор порядка гп =0,11 * 0,22 мм при рс = 10 + 15 кг/м3.

Возможность получения КФП-сорбентов с низкими объемными плотностями позволяет существенно увеличить сорбционную емкость сорбента, в дальнейшем называемой также напиткой. Теоретически максимально возможная напитка КФП-сорбента определялась из условия, что все поры в сорбенте раскрыты и достигается 100 %-ное заполнение жидкостью открытого порового пространства.

Расчеты показали, что при напитке КФП-сорбента можно достичь значений сорбционной емкости А ~ 30 гНеФти/Гсорбвнта (гн/гс) уже при плотности сорбента рс = 10 кг/мэ, что позволит существенно снизить удельный расход материала по сравнению с существующими сорбентами.

Для определения оптимального размера слоя сорбента, укладываемого на очищаемую поверхность, вырезались столбики из КФП-сорбента размерами 50x50x100 мм и нижний торец столбика погружали в нефть на 5 мм. выдерживая в строго вертикальном положении до установления равновесного распределения напитанной нефти по высоте столбика. После этого столбик сорбента разрезался на горизонтальные слои толщиной 5 мм 'каждый и определялась зависимость неф-теемкости слоя КФП-сорбента от его высоты (см. рис. 2).

Завнсимость иефтеемкости слоя КФП-шрбента от его высота.

Рис. 2

Зависимость сорбционной емкости КФП-сорбента от плотности.

Гис.3

В силу изотропности материала сорбента а идентичности распределения размеров пор как по висите образца, так и по его сечению, несложно показать, что максимальная напитка будет иметь место на уровне слоя Ьт1П, соответствующему максимальному размеру пор, а минимальная напитка будет на уровне слоя Ьщах, соответствующему минимальному размеру пор.

Разброс размеров пор (полидисперсность) и их абсолютное гна-чение напрямую зависят от плотности КФП-сорбента. Для малых плотностей сорбента значения Ь^т! и Ьщах1 ниже, чем для больших плотностей. Это связано с тем, что легкие сорбенты имеют больший средний размер пор, по сравнению с более тяжелыми сорбентами. Так в нашем случае расчетами и микрофотографическими исследованиями установлено, что при рс = 10 кг/м3 реализуются размеры пор в интервале с1п - 0,13 0,55 мм, в то время как при рс « 18 кг/м3 ¿п = 0,08 0,26 мм.

Анализ кривых распределения напитки нефти по высоте слоя КФП-сорбента позволил сделать ватшый вывод для оценки толщины слоя, укладываемого на очищаемую поверхность, с целью получения минимума удельного расхода сорбента. Поскольку выше лежащие слои не обеспечивают высокие значения сорбирования А < А-пах при Ь > Ьпип. то и нет необходимости укладывать слой сорбента на очищаемую поверхность больше Ьщш- Рекомендуемая толщина слоя• КФП-сорбента, укладываемого на загрязненную поверхность, будет в пределах 10 + 25 мм, в зависимости от толщины нефтяной пленки.

Экспериментальные исследования по определению нефтеемкости КФП-сорбента и ее зависимость от вида и свойств сорбируемых углеводородов проводились с нефтями разных месторождений и нефтепродуктами, моделирование вязкости (ун) которых производили путем разбавления авиационным керосином.

Результаты экспериментов показали, что КГП-сорбент плот-

костью 10 + 15 кг/ы3 имеет высокую нефтеемкость, которая в течение первых t = 5 минут достигает значений более 50 гн/гс (рис. 3). Через час сорбент полностью насыщается нефтью и при этом максимальная нефтеемкость составляет Ащах = 60 + 90 гн/гс- Анализ этих результатов позволяет сделать вывод о том, что скорость сорбции dA/dt (рис. 4) и максимальная сорбционная емкость Ащах. в основном, зависят от плотности сорбента рс (см. рис. 3) и вязкости сорбируемой нефти vH (рис. 5). Характер кинетических кривых -сложный экспоненциально-степенной, особенно на участке кривой, где достигается около 90 Х-ов напитки от максимальной сорбционной емкости.

Анализ процесса сорбции, основанный на экспериментальных данных, позволяет сделать следующие качественные выводы:

1. А (t) - монотонно возрастающая функция;

2. Ilm dA/dt - + » t-м-о

3. lim A (t) = Amax

5ти свойства для A (t) будут удовлетворены, если принять:

dA/dt - к • [Атах - А] • t""-6 (1)

Решением уравнения (1), с учетом, что А (0) = 0, является функция;

А (t) - W • [1 - е (2)

где а » -jj + 1; х = -fi + 1 / к.

Параметр сорбционного показателя (й) и время релаксации про-

«

цзсса сорбции (X), которые имеют значения а » 0,45 + 0,65 и X » 5 ■* 35, не зависят от А и t и определяются из условия наилучшего совпадения между теоретической (полуэчпирической

) осШИСИ-

мостыо А (t) и экспериментальными данными. Для упрощения проце-

Скорость сорбции нефти 1СФП- сорбентоы.

Рис. 4

Кинетика сорбирования нефти разной вязкости.

Рис, 5

подбора коэффициентов а и т составлена программа компьютерной обработки с использованием метода наименьших квадратов.

Полученные данные зависимости с1А/с1Ь и Атах от толщины нефтяной пленки разлитой на поверхность воды (рис. 6) показали, что чем больше толщина нефтяной' пленки, тем выше с]А/с!Ь и Атах- Та]'., при толщине нефтяной пленки от 1 мм и выше скорость сорбции высокая и в течение I = 0,5 часа достигается 90 7. нефтеемкости от максимальной Атах. а при толщине пленки 0,5 * 0,1 мм для достижения 90 % нефтеемкости требуется Ь = 1 * 3 часа.

Таким образом, наиболее быстро сорбируются нефти и нефтепродукты вязкостью до чн=50 сСт и толщиной пленки более 1 мм. При сорбировании нефтей вязкостью свыше > 50 сСт и толщиной пленки менее 1 мм необходимо увеличить время сорбирования.

В результате проведенных исследований по сбору и разделению эмульсий типа "шоколадный мусс", которые образуются вследствии перемешивания воды и нефти при волнениях, течениях и ветре, с концентрацией нефти в воде 10, 20, 30 и 40 %, выявлено, что КФП-сорбент в течение 30+60 минут напитывает 98 * 100 % нефти и до 2-х 7. воды. При этом максимальная степень очистки составляет 99,9 Проведенные эксперименты показали, что с помощью данного сорбента (фракция крошек с! = 2 + 10 мм), процесс разделения водо-нефтяных эмульсий указанных концентраций ускоряется в десятки раз, а пеносорбент, при этом, избирательно напитывает нефть.

В четвертой главе описываются предлагаемые технологии ис-' пользования КФП-сорбента для очистки от нефтяных загрязнений поверхности воды и песка, а также технология разделения водонефтя-ной эмульсии типа "шоколадный мусс".

Для распределения и сбора насыщенного нефтью КФП-сорбента. а также других легких сорбентов, предлагается устройство, состоящее из судоходного средства, на котором установлены узел распре-

Влшшне толщины нефтяной пленки на кинетику сорбции.

Рис. 6

Технология разделения водонефтяной эмульсии типа "шоколадный мусс" с использованием КФП-сорбента.

1 - водоем; 2-пленка водонефтяной эмульсии;. 3 - насос для откачки эмульсии; 4 - всасывающая труба; 5 - емкость; б -бунхеры для КФП-сорбента; 7 - электродвигатель; 8 - мешалка; 9 - роторный питатель; 10 - механический скребок; 11 - лоток; 12 - пресс; 13 - лоток для сбора отжатой нефти; 14 - отжатый сорбент; 13 - труба для слнва очищенной воды.

*

Рис.7

деления, заборный узел и шнековый механизм с бункером для загрузки загрязненного сорбента.

Промышленные испытали.. КФП-сорбента проводились на Ферганском нефтеперерабатывающем заводе ГПО "Узнефтепереработка". Испытания показали, что после очистки поверхности воды КФП-сорбентом от нефтяных пленок толщиной от 0,5 до 5 мм степень очистки достигает 97 + 99 X.

Для очистки загрязненного нефтью песка предлагается функциональная схема мобильной передвижной установки на базе бетоносмесителя СБ-92-1А. При очистке песка от нефтяных загрязнений предлагаемым способом степень очистки составляет 55 * 65 7..

Впервые разработана оригинальная технология для разгчления водонефтяной эмульсии типа "шоколадный мусс" с применением КФП-сорбента, схема и принцип работы которой приводятся на рис. 7. С помощью этой технологии можно ускорить в десятки раз разделение водонефтяной эмульсии типа "шоколадный мусс", вернуть до 97 % практически потерянной нефти для использования и предотвратить загрязнение окружающей среды. При этом, степень очистки воды от эмульгированной нефти достигает 99,9 X.

Тагосе, рекомендуется использовать КФП-сорбент в качестве загрузки в боновых заграждениях. В этом случае пеносорбент будет не только поддерживать плавучесть бонового заграждения, но одновременно будет 'сорбировать нефть, не допуская его дальнейшего распространения.

В небольших реках и озерах, куда невозможна доставка судна- нефтесборщика с устройством для распределения и сбора КФП-сор-бента, целесообразно применять сорбент в виде матов. Маты изготавливаются предварительно путем набивки сорбентом в виде крошек фракцией с1с - 2 + 10 мм мешков, сшитых из марли или другой ячеистой ткани из синтетического волокна. Толщина матов наполненных

- -1С -

КФП-сорбентом не должна превышать 25 мм в зависимости от толщины нефтяной пленки собираемой с поверхности воды.

Для более полной очистки поверхности воды, грунта и песка от нефтяных загрязнений, после применения КФП-сорбента, целесообразно использовать бактериальные препараты. В этом случае практически в течении 3 * 4 месяцев (один сезон) теплого периода года можно достичь степени очистки загрязненных участков до уровня требуемых санитарно-гигиенических норм. .

Утилизация отработанного КФП-сорбента производится путем сжигания в печах и котельных, после извлечения из него нефти путем отжима под прессом пли валковым механизмом. Использование отжатого сорбента в качестве топлива повышает экономическую эффективность способа очистки поверхности воды и грунта от нефтяных загрязнений. Также возможна закачка, собранного с поверхности воды, напитанного нефть» пеносорбента в ближайший нефтепровод, с дальнейшим его извлечением на фильтрах нефтеперекачивающих станций (см. рис. 1) .

В пятой главе рассматриваются вопросы экологической безопасности применения КФП-сорбента, приводятся результаты исследований и расчетов по выделению вредных веществ и выдаются рекомендации для его получения и применения.

При всех своих положительных свойствах применение КФП-сор-бента должно рассматриваться в каждом конкретном случае особо, чтобы не причинить вреда окружающей среде и здоровью населения.

При получении и использовании КФП-сорбента в окружающую среду выделяется некоторое количество свободного формальдегида (СМгО) и других вредных веществ (аммиак, метанол, СПАВ), имеющихся в составе карбамидоформальдегидной смолы. В свяви с тем, что выделение СНгО зависит от типа применямой смолы и от теь:лературы сушки свежеполученной пены» температура сушки не должна превышать

60°С, а для получения нетоксичного КФП-сорбента рекомендуется использовать карбамидоформальдегидные смолы марок КФ-МТ, ПКФ или КФЖ, в составе которых имеется минимальное количество формальдегида.

Результаты исследований и расчетов по выделению СНгО в воду и воздух показали, что при соблюдении соответствующих технических условий и инструкций по технике безопасности во время подготовительного периода и в процессе получения, сушки, дробления, распределения на загрязненную поверхность, а также сбора и утилизации насыщенного нефтью КФП-сорбента, количество формальдегида в рабочей зоне воды и воздуха не превышает нормы ПДК.

Расчеты, эксперименты и результаты химических анализов проведенные совместно с Тюменским областным центром государственного санитарно-эпидемиологического надзора и внедренческим научно-исследовательским центром "Экология" при ТюмГУ (биотестирование на ветвистоусых рачках Daphnia magna и аквариумных рыбках Poecilia reticulatus) показали (см. табл.), что при использовании КФП-сор-бента для очистки поверхности воды и грунта от нефти, а также при разделении водонефтяной эмульсии типа "шоколадный мусс", концентрации вредных веществ в воде и почве не превышают установленные нормы 1ЩК и отвечают санитарно-гигиеническим требсваниям.

По результатам проведенных исследований получен гигиенический сертификат на реализацию и применение КФП-сорбента из смолы марки КФ-МТ для очистки от нефтяных загрязнений поверхности воды, грунта и разделения водонефтяной эмульсии типа "шоколадный мусс".

t

Учитывая результаты исследований по гигиенической оценке применения КФП-сорбента, при ликвидации аварийных разливов нефти, необходимо обратить внимание на следующие моменты:

1. Работа с. КФП-сорбентом должна'проводиться лицами прошед-

Показатели выделения вредных веществ в воду.

Таблица

№ ц/п Анализируемое вещество Тип токсикантов и время их контакта с тест-объектами (в часах и сутках)

Нормы ПДК Сорбент Нефть + coi збент

(тест-объекты) Зч 1сут Зсут 5сут Юсут 30cvt 1сут Зсут* 5сут Юсут ЗОсут

1 Формальдегид, иг/л Ашгиак, иг/л СПАВ, иг/л Метанол, иг/л (водопвов. вода) 0,05 2,0 0.5 3,0 0,009 0,81 0,062 н/о 0,012 0,958 0,08 н/о 0.0033 0,0028 0,91/0,78 0,193/0,053 в/о/н/о

2 Формальдегид, иг/л Ашшак, иг/л СПАВ, ыг/л Метанол, мг/л (водасрыбкаыи) 0,05 2,0 0,5 3,0 0,008 0,014 0,038 0,001 0,79 0,35 н/о 0,024 0,008 0,017 0,0031 0,72 0,156 в/о

3 Форкальдяид, ыг/л Ашшах, иг/л СПАВ, шУл Метанол, иг/л ("шоколад, иуес") 0,05 2,0 0,5 3.0 н/о 1.05 0,8 E/O •

*) - числа в числителе относятся к толщине нефтяной пленки Ьш. = 0,5 им, чнслав знаменателе-к Ьщ. = 2ш.

пиши профосмотр и неимеющими медицинских противопоказаний. При работе обязательно должны быть использованы средства индивидуальной защиты органов дыхания л кожи;

2. Предусмотреть применение КФП-сорбента локализованно, только в местах разлива нефти и других углеводородов, предотвратить его рассеивание на незагрязненные участки;

3. Обеспечить максимально полный сбор, пропитанного нефтью, КФП-сорбента с поверхности воды и грунта в течение 3 + 5 суток.

Предложен способ утилизации отработанного КФП-сорбента путем сжигания в печах и котельных, при соблюдении условий не превышающих нормы ПДК по выделяющимся вредным веществам в дымовых газах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Разработан эффективный гидрофобный и олеофильный пеносор-Сент на основе карбаыидоформальдегидных смол марок КФ-МГ, ПКФ и КФЖ с высокими сорбционными свойствами.

2. Исследованы кинетические характеристики процесса сорбции нефти и других углеводородов КФП-сорбентом; определено, что скорость сорбции и сорбционная емкость зависят, в основном, от плотности сорбента, вязкости и толпщны пленки сорбируемой жидкости.

3. Предложена математическая модель, позволяющая адекватно описать кинетику процесса сорбции и оптимизировать удельный расход КФП-сорбента и толщину слоя его укладки, в зависимости от характеристик нефти и др. углеводородов.

4. Выявлена высокая эффективность и предложена техиологичес-

«

кая гхема применения КФП-сорбента для разделения водонефтяных эмульсий Tima "шоколадный мусс"; время разделения составляет t » 30 + 60 минут, а степень очистки воды достигает 99,9 Z.

5. Определены оптимальные параметры получения и применения

пеносорбента: сушка при температуре не выше 60°С, плотность Рс » Ю + 15 кг/м3, толщина слоя укладки 10 + 25 мм, фракция крошек dc = 2 ♦ 10 мм.

6.'Предложен способ утилизации отработанного КФП-сорбента путем сжигания в виде твердого топлива в печах и котельных, после извлечения из него нефти. При отдаленности участков аварийного разлива нефти возможна закачка напитанного нефтью пеносорбента в ближайший нефтепровод, с последующим его извлечением на фильтрах нефтеперекачивающих станций.

7. Проведена экологическая оценка применения разработанного сорбента; даны конкретные рекомендации по экологически безопасному его применению для очистки поверхности воды и грунта.

8. Получен гигиенический сертификат на реализацию и применение КФП-сорбента из смолы марки КФ-МТ для локализации и ликвидации нефтяных загрязнений с поверхности воды и грунта, а также разделения водонефтяной эмульсии типа "шоколадный мусс".

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ'ИЗЛОЖЕНЫ В*СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Феклистов В.Н., Мелиев Б.У. Исследование пенных сорбентов для сбора нефтепродуктов // Экология и прогрессивные технологии в строительстве для условий Сибири и Крайнего Севера: Материалы Республ. науч.-техн. конф. 27-30 сентября 1993 г.- Барнаул, 1993. - С. 13-1-136.

2. Феклистов В.Н., Мелиев В.У., Антипьев В.Н., Уфуков П.П. Разработка технологии очистки водной поверхности от нефтяных загрязнений пенными сорбентами // Трубопроводный транспорт нефти.-1994..- N 9.- С. 27-29.

3. Мелиев В.У., Феклистов В.Н. Особенности удаления нефтяных загрязнений с помощью пенных сорбентов // Тр. ун-та / Алтайский

гос. техн. унив-т.- 1994.- С. 120-124.

4. Мелиев Б.У., Феклистов В.Н. Разработка и применение сорбентов на основе карбамидлых пен для ликвидащш нефтяных загрязнений // Комплексное освоение нефтегазовых месторождений юга Западной Сибири: Тез. докл. науч.-техн. конф. 22 - 25 мая 1095 г.Тюмень, 1995.- С. 92-93.

5. Мелиев Б.У., Феклистов В.Н. использование пенных сорбентов для очистки воды от нефтяных загрязнений // Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды: Тез. докл. мевдунар. конф. 12-16 сентября 1995 г.- Томск, 1995.- С.103-104.

6. Мелиев Б.У., Феклистов В.Н., Карева A.C. Сорбционный метод очистки загрязненных нефтью вод биосорбентами на основе кар-бамидных пенопластов // Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на Крайнем Севере: Тез. докл. междуяар. конф. 11-16 сентября 1995 Г.- Тюмень, 1995.- С. 37-38.

Соискатель:

Подписано к печати 29.02.96 г. Объем 1.0 п.л.

Тираж 100 экз. Заказ 1С1

*

Ротапринт ТюмГНГУ 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38,