СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/28 B01J20/22 

Изобретение относится к способу очистки водной поверхности от нефтяных загрязнений и может быть использовано при охране окружающей среды, в частности, при очистке водной поверхности при аварийных разливах нефти и нефтепродуктов и при очистке водных акваторий от углеводородных пленок.

Известен способ очистки воды и почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами [1] , включающий введение в загрязненную среду культуры микроорганизмов и минеральных добавок, содержащих азот, фосфор, калий. В качестве культуры микроорганизмов используют смесь активных природных нефтеусваивающих культур микроорганизмов, выделенных из природного сообщества микроорганизмов, находящихся в загрязненной среде, причем культуру микроорганизмов вносят на нейтральном пористом носителе, в качестве которого используют торф, землю, опилки.

Недостатком способа является трудоемкость технологического процесса выделения нефтеусваивающей культуры микроорганизмов из загрязненной почвы и нанесения ее на пористый носитель, а также длительность операции очистки водной поверхности от нефтяного загрязнения и недостаточно высокая ее эффективность.

Известен способ очистки сточных вод и водной поверхности от загрязнений нефтью и нефтепродуктами [2] путем контактирования воды с сорбентом, содержащим торф в количестве 90-95 мас.%, цеолит, в количестве 4-8 мас.%, смесь анионных и неионогенных поверхностно-активных веществ, в количестве 0,5-1,5 мас.%.

Недостатком способа является применимость предложенного состава сорбента, включающего компоненты различного удельного веса, в основном для стационарного использования, например для очистки сточных вод от нефтяного загрязнения. При очистке водной поверхности от нефтяного загрязнения, использование цеолита в составе сорбента нецелесообразно. Так как не обладая плавучестью он будет тонуть и следовательно не будет выполнять функцию очистителя воды от примесей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ очистки воды от загрязнения нефтью и нефтепродуктами [3] , включающий контактирование воды с адсорбентом, содержащим торф или его смесь с сапропелем в количестве 95-99,5 вес.% и модификатор - соли двухвалентных металлов гуминовых кислот в количестве 0,05-5,0 вес.% до полного связывания загрязнения и удаления сорбента, насыщенного нефтью или нефтепродуктами.

Недостатком способа является использование сорбента на основе торфа нарушенной структуры в результате извлечения из него гуминовых кислот, что приводит к снижению сорбционной способности препарата по отношению к нефти и нефтепродуктам, а следовательно и эффективности очистки.

Другим недостатком является трудоемкость операции приготовления модификатора, входящего в состав сорбента, состоящая в извлечении из торфа гуминовых кислот, а из сапропеля - солей двухвалетных металлов с последующим их смешением и получением гелеобразной соли гуминовой кислоты с двухвалентным металлом, что делает сорбент дорогостоящим.

Заявляемое изобретение направлено на устранение изложенных недостатков и заключается в том, что в способе очистки водной поверхности от нефтяных загрязнений, включающем контактирование воды с торфяным сорбентом до тех пор, пока нефтяные загрязнения не свяжутся сорбентом и удаление его с водной поверхности, причем в качестве сорбента применяют торф, который предварительно модифицируют путем высушивания при 100-120^oС.

Основным отличием заявляемого способа является использование в качестве сорбента торф, предварительно модифицированного путем высушивания при 100-120^oС и обладающего высокой сорбционной способностью по отношению к нефтяным углеводородам, что позволяет увеличить эффективность очистки и снизить затраты.

В предлагаемом способе можно применять сорбент, изготовленный из любого торфа, но предпочтительнее - верхового, то есть торфа с низкой степенью разложения (R= 5-10%), так как чем ниже степень разложения торфа, тем менее нарушена его микроструктура, соответственно, более высокая пористость, удельная поверхность, более развита клеточная структура и, соответственно, более высокая его сорбционная способность по отношению к нефти.

В заявляемом способе для придания торфу гидрофобных свойств его высушивают. Оптимальным температурным интервалом высушивания торфа является 100-120^oС. При термическом высушивании торфа идет процесс превращения коллоидной части торфа в необратимый коллоид.

При температуре высушивания торфа менее 100^oС, его предельная влагоемкость остается достаточно высокой и торф проявляет гидрофильные свойства. При высушивании торфа при температуре выше 100^oС его предельная влагоемкость значительно снижается и торф проявляет гидрофобные свойства, в результате чего резко возрастает его селективнось по отношению к нефти в водно-нефтяной среде. Повышение температуры высушивания торфа выше 120^oС не приводит к заметному снижению его предельной влагоемкости и возрастанию гидрофобности, но при этом возрастают энергетические затраты, что экономически не выгодно. Полученные результаты представлены в табл. 1.

Сорбент может быть приготовлен в рассыпной и гранулированной форме. Гранулированная форма сорбента предпочтительна при перевозке его на большие расстояния.

Если нефтяное загрязнение находится вблизи торфяной залежи, возможно приготовление сорбента на месте аварии и использование его в рассыпной форме. Для приготовления сорбента используют переносную сушильную установку.

Сорбент, применяемый в способе, готовят следующим образом. Сначала проводят модифицирование торфа с целью придания ему гидрофобных свойств. Для этого торф высушвают при температуре 100-120^oС до постоянной массы.

Для получения сорбента в гранулированной форме торф, влажности 55-65%, подвергают гранулированию с последующим высушиванием полученных гранул при температуре 100-120^oС.

Характеристика сорбента нефти и/или нефтепродуктов, изготовленного из низинного торфа (степени разложения 25-35%):
- сорбционная емкость - 4-6 г/нефти/1 г сорбента;
- время насыщения нефтью до предельной величины - 5-10 мин;
- селективность по отношению к нефти в системе нефть-вода - 95-98%.

Характеристика сорбента нефтяных загрязнений, изготовленного из верхового торфа (степени разложения 5-10%):
- сорбционная емкость - 8-10 г/нефти/1 г сорбента;
- время насыщения нефтью до предельной величины - 5-10 мин;
- селективность по отношению к нефти в системе нефть-вода - 95-98%.

Приготовленный сорбент в рассыпной или гранулированной форме наносят в необходимом количестве на нефтезагрязненную водную поверхность пневматическими, либо механическими устройствами, при локальных разливах - вручную.

После насыщения сорбента нефтью до предельной величины в течение 5-10 мин, его полностью удаляют с водной поверхности с помощью сетчатой ловушки.

Насыщенный нефтью сорбент возможно подвергнуть отжиму, что позволит вернуть в производственный цикл разлитую нефть, а торфяной сорбент после отжима можно утилизировать путем приготовления топливных брикетов.

Пример 1.

Определение сорбционной емкости торфяного сорбента в рассыпной форме, приготовленного из верхового торфа к нефти, разлитой на водной поверхности.

Для приготовления сорбента был взят верховой торф степени разложения 5%, зольности 4%, влажности 60%, который был модифицирован путем высушивания при температуре 110^oС.

В стеклянный стакан емкостью 100 мл налили 75 мл воды, после чего влили 5 г нефти.

Из общей навески рассыпного сорбента отбирали небольшие порции и рассыпали их на поверхность нефтяного пятна до полного связывания нефти сорбентом. Через 5 мин насыщенный нефтью сорбент удаляли с поверхности воды и взвешивали.

Рассчитывали сорбционную емкость сорбента, его удельный расход. Сорбционная емкость сорбента - 8,5 г/нефти/1 г. Удельный расход сорбента - 0,12 г/1 г нефти. Результаты представлены в табл.2.

Пример 2.

Определение сорбционной емкости торфяного сорбента в гранулированной форме, приготовленного из верхового торфа к нефти, разлитой на водной поверхности.

Для приготовления сорбента в гранулированной форме верховой торф степени разложения 5%, зольности 4%, влажности 60% подвергали гранулированию на экструзионном грануляторе шнекового типа с последующим высушиванием полученных гранул при температуре 110^oС. Сорбционную емкость сорбента в гранулированной форме, его удельный расход определяли по примеру 1. Сорбционная емкость сорбента - 8,7 г/нефти/1 г. Удельный расход сорбента - 0,11 г/1 г нефти. Результаты представлены в табл.2.

Пример 3.

Определение сорбционной емкости торфяного сорбента в рассыпной форме, приготовленного из низинного торфа к нефти, разлитой на водной поверхности.

Для приготовления сорбента был взят низинный торф степени разложения 25-30%, зольности 15%, влажности 65%, который был модифицирован путем высушивания при температуре 110^oС.

Определение сорбционной емкости сорбента и его удельный расход определяли по примеру 1. Сорбционная емкость сорбента - 4,8 г/нефти/1 г. Удельный расход сорбента - 0,21 г/1 г нефти. Результаты представлены в табл.2.

Пример 4.

Определение сорбционной емкости торфяного сорбента в гранулированной форме, приготовленного из низинного торфа к нефти, разлитой на водной поверхности.

Для приготовления сорбента был взят низинный торф степени разложения 25-30%, зольности 15%, влажности 62%, подвергали гранулированию на экструзионном грануляторе шнекового типа с последующим высушиванием полученных гранул при температуре 110^oС. Сорбционную емкость сорбента в гранулированной форме, его удельный расход определяли по примеру 1.

Сорбционная емкость сорбента - 4,6 г/нефти/1 г. Удельный расход сорбента - 0,22 г/1 г нефти. Результаты представлены в табл.2.

Пример 5.

Использование сорбента в гранулированной форме, приготовленного из верхового торфа для очистки поверхности водоема от нефтяного загрязнения.

На поверхность модельного водоема площадью 1 м² с глубиной 20 см вливали 5 кг нефти. На поверхность нефтяного пятна равномерно наносили 0,57 кг сорбента в гранулированной форме, приготовленного из верхового торфа по примеру 2. Расчет дозы вносимого сорбента проводили с учетом его сорбционной емкости по отношению к нефти (8,7 г нефти/1 г).

В течение 3-5 мин нефтяное пятно сорбируется сорбентом и полностью исчезает, не оставляя на водной поверхности даже нефтяной пленки. Сорбент, насыщенный нефтью, не тонет и легко удаляется с водной поверхности с помощью сетчатой ловушки.

По сравнению с прототипом и другими аналогами очистка водной поверхности от нефтяных загрязнений применением сорбента из торфа более предпочтительна, так как является более эффективной и менее затратной за счет снижения удельного расхода сорбента и снижения трудоемкости его приготовления.

Применяемый в способе сорбент является экологически чистым природным сырьем, что делает способ экологически безопасным. В случае разливов нефти вблизи торфяных залежей возможно изготовление больших партий сорбента на месте аварии, что удешевляет процесс очистки за счет снижения транспортных расходов.

Источники информации
1. Патент РФ 1809822 "Способ очистки воды и почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами", кл. С 02 F 3/34, 1993.

2. Патент РФ 2126714 "Сорбент для очистки вод от нефти и нефтепродуктов", кл. С 02 F 1/28, 1999.

3. Патент РФ 2124397 "Адсорбент для очистки от нефтепродуктов", кл. В 01 J 20/22, 1999.

Использование: способ может быть использован при охране окружающей среды, в частности при очистке водной поверхности от нефтяных загрязнений при аварийных разливах нефти, а также при очистке водных акваторий от углеводородных пленок. Способ очистки водной поверхности от нефтяных загрязнений включает контактирование воды с торфяным сорбентом до тех пор, пока нефтяное загрязнение не свяжется сорбентом и удаление его с водной поверхности, причем в качестве сорбента применяют торф, который предварительно модифицируют путем высушивания при 100-120^оС. Технический результат - заявляемый способ является более эффективным и менее затратным за счет снижения удельного расхода сорбента и снижения трудоемкости его приготовления. 2 табл.

Способ очистки водной поверхности от нефтяных загрязнений, включающий контактирование воды с торфяным сорбентом до тех пор, пока нефтяные загрязнения не свяжутся сорбентом, и удаление его с водной поверхности, отличающийся тем, что в качестве сорбента применяют торф, который предварительно модифицируют путем высушивания при 100-120^оС до образования необратимого коллоида.