СОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2008 года по МПК B01J20/24 

Изобретение относится к сорбционным препаратам природного растительного происхождения и может быть использовано для очистки почвы от нефти и нефтепродуктов.

Одним из негативных последствий интенсификации нефтедобычи является загрязнение почвенного покрова территорий нефтеуглеводородами. При попадании нефти и нефтепродуктов в почву происходят глубокие и часто необратимые изменения морфологических, физико-химических, микробиологических свойств почвенного покрова, а иногда и существенная перестройка всего почвенного профиля, что приводит к потере плодородия загрязненных почв.

Наиболее быстрым и дешевым способом борьбы с проливами больших количеств нефти и нефтепродуктов является ее выжигание. Однако выделение при сгорании огромного количества токсичных и канцерогенных продуктов сгорания сводит к минимуму возможность практического использования данного метода вблизи населенных пунктов и промышленных объектов. При этом нефть не утилизируется, что приводит к большим материальным потерям.

Известен способ, когда для повышения эффективности процесса обезвреживания грунта термическим методом, обезвреживание проводят в специальном агрегате в две стадии: на первой при температуре 300...400°С осуществляется испарение и десорбция токсичных веществ из грунта, на второй - при температуре 1000...1100°С дожигаются выделяющиеся газы (Экологические аспекты воздействия компонентов жидких ракетных топлив на окружающую среду. СПб. - 1996. - Прикладная химия, с.26-27). Данный термический метод обезвреживания позволяет повысить эффективность процесса обезвреживания, снизить уровень неблагоприятного термического воздействия на грунт, но ему также присущи недостатки, такие как: не удается обезвредить грунт от токсичных химических веществ до ПДК; процесс энергоемок, удельный расход керосина 0,08-0,45 кг/кг грунта в зависимости от его влажности и размера комков.

В целях защиты экологии окружающей среды и снижения энергоемкости в настоящее время все большее применение находят сорбенты как на растительной основе, так и на минеральной, такие как торф, опилки, кора, древесная мука и т.д., а также перлит, керамзит, вермикулит - это материалы, образующие за счет процессов сорбции агломераты при контакте с нефтью.

Основные преимущества сорбентов: нетоксичность, эффективность, дешевизна, плавучесть, способность к многократному использованию, легкость утилизации, а также возможность использования отходов производства.

Так, из уровня техники известен сорбент, полученный обработкой природного торфа серной кислотой при кипячении в течение 30 мин с последующей воздушной сушкой при температуре 20-22°С в течение 24 часов (Экологические аспекты воздействия компонентов жидких ракетных топлив на окружающую среду. СПб. - 1996. - Прикладная химия, с.32). Данный сорбент обладает высокой сорбционной емкостью по отношению к токсичным химическим веществам, но сорбент имеет и существенные недостатки: требуется регенерация отработанного сорбента; при обработке торфа раствором серной кислоты не сохраняется микрофлора торфа; при применении сорбента для обезвреживания грунта наблюдается закисление почвы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является адсорбент для очистки почвы и воды от нефти и нефтепродуктов, содержащий торф или его смесь с сапропелем и модификатор в виде солей двухвалентных металлов гуминовых кислот (RU, патент 2124397, B01J 20/22).

Недостатком данного сорбента является низкая степень очистки загрязненной почвы из-за недостаточной деструкционной сорбционной способности сорбента ввиду того, что составляющие основу сорбента торф или его смесь с сапропелем имеют пластичную глинистую структуру, которая не способна обеспечить прохождение кислорода, что ограничивает образование и работу микроорганизмов и, как следствие, приводит к большому расходу сорбента для достижения полного восстановления загрязненной поверхности почвы.

Кроме того, гуминовые вещества используемого модификатора со своей аборигенной микрофлорой в таких условиях, то есть при недостаточном количестве кислорода, не способствуют получению положительного эффекта на деградацию нефти, особенно при высоком содержании ее в почве.

Техническим результатом данного технического решения является повышение качественных и скоростных параметров очистки загрязненной нефтепродуктами почвы за счет интенсификации деструктивной деятельности микроорганизмов и активации сорбционных процессов, а также улучшение структуры и водно-физических свойств почвогрунтов, обеспечивающих поселение и рост на них различных видов растений.

Технический результат достигается тем, что сорбент для очистки почвы от нефтепродуктов, включающий торф и модификатор, в качестве торфа содержит нестерильные верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф, а в качестве модификатора - экстракт лечебной грязи, полученный экстрагированием мелкодисперсной торфяной грязи со степенью разложения растительных остатков 50% и более гидрокарбонатно-натриевой минеральной водой при содержании компонентов, вес.%:

Нестерильные верховой мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф85-89Водный экстракт лечебной грязи11-15

Составляющие основу заявляемого сорбента нестерильные сфагновый мох или верховой слаборазложившийся торф, имея свойства и пространственно-каркасную структуру, идентичные свойствам и структуре мха и торфа в живом виде, играют роль не только сорбента для нефти и нефтепродуктов, но и служат основой для прикрепления и иммобилизации клеток аэробных микроорганизмов. Кроме того, пространственно-каркасная структура основы сорбента аккумулирует в своих порах влагу и кислород, что улучшает аэрацию загрязненной поверхности и создает благоприятные условия для деструктивной деятельности аэробных микроорганизмов.

Деструктивную деятельность микроорганизмов в значительной степени усиливает и входящий в состав препарата в заявленном количественном соотношении экологически чистый водный экстракт лечебной грязи, полученный путем экстракции мелкодисперсной торфяной грязи со степенью разложения растительных остатков 50% и более гидрокарбонатно-натриевой минеральной водой, который в своем составе содержит комплекс из гуминовых кислот и фульвокислот. Эти кислоты и соединения усиливают физиологическую активность сфагновых видов мха и слаборазложившегося торфа, бедных гуминовыми веществами и обладающих низкой гидративностью и дисперсностью, и вызывают стимулирование аборигенной микрофлоры почв. Наличие гидрофобного каркаса в гуминовых веществах определяет их способность связывать нефтяные углеводороды. Этот процесс изменяет формы существования углеводородов в окружающей среде и снижает их токсичность, а также активизирует сорбционную способность препарата.

Кроме того, в водном экстракте лечебной грязи содержится пентоциклический углеводород С₃₀Н₅₀, отличительной особенностью которого является высокая степень ароматичности, усиливающая биологическую активность гуминовых веществ, что способствует гидрофобному каркасу гуминовых веществ, более интенсивно связывающих нефтяные углеводороды, активизации сорбционной способности препарата. При этом процессы сорбции препятствуют проникновению нефти в глубинные слои почвы и сближают микромицет и нефтепродукты с образованием конгломерата «нефть-сорбент», легко удаляемого из места разлива.

Гуминовые вещества торфа и мха, комплекс гуминовых соединений и фульвокислот и микроэлементы водного экстракта лечебной грязи в результате катионных и ионных обменных процессов выстраивают новую, улучшенную структуру почвогрунтов с улучшенными водно-физическим свойствами, обеспечивающих поселение и рост различных видов растений.

Сорбент готовят следующим образом.

85-89% нестерильного верхового слаборазложишегося торфа и 11-15% водного экстракта лечебной грязи, приготовленного по патенту 2252768 путем экстракции мелкодисперсной торфяной грязи со степенью разложения растительных остатков 50% и более гидрокарбонатно-натриевой минеральной водой при повышенной температуре и интенсивном перемешивании до получения гомогенной суспензии с последующей ее сепарацией, перемешивали на ленточном транспортере или в смесителе до получения одинаковой влажности всей перемешиваемой массы. Далее производили сушку до воздушно-сухого состояния. Готовый сорбент упаковывали в полиэтиленовые пакеты.

Очистка загрязненной поверхности от нефти и нефтепродуктов проиллюстрирована следующими примерами.

Пример 1.

Использование сорбента на почвах, сильно загрязненных нефтепродуктами.

Сорбент, содержащий нестерильный верховой слаборазложившийся торф в количестве 85% и водный экстракт лечебной грязи в количестве 15%, рассыпали на загрязненную почву слоем 15-20 см, достаточным для сорбции нефти и последующей ее деструкции до рыхлого состояния. Экспозиция процесса адсорбции варьировала в зависимости от температуры окружающей среды и изменялась от 10 до 40 мин. Продукт деструкции при смешивании с землей обеспечивает всходы и нормальное развитие различных сеяных трав.

Гравиметрическим методом было выявлено, что наибольший положительный эффект на деградацию нефти при ее высоких содержаниях в почве 180 г/кг оказывают гуминовые вещества с аборигенной микрофлорой. Степень деградации составила 26,4%.

Пример 2.

Использование сорбента на слабо загрязненных почвах.

Сорбент, содержащий нестерильный верховой мох в количестве 87% и водный экстракт лечебной грязи в количестве 13%, рассыпали на загрязненную почву 10-15 см. При этом при низком содержании нефти в почве - 30 г/кг - почвы гуминовые вещества не оказывают существенного влияния на деградацию нефти. Деградация нефти происходит в основном в результате окисления аборигенных микроорганизмов нефтяными углеводородами и микрофлорой. Результатом этого процесса через какое-то время в зависимости от окружающей температуры являлась полная рекультивация загрязненной почвы.

Заявляемый сорбент, содержащий в своем составе доступные, дешевые компоненты природного происхождения и обеспечивающий высокую степень очистки почвы от нефтепродуктов, найдет, по мнению автора, широкое промышленное применение.

Изобретение относится к сорбентам природного растительного происхождения и может быть использовано для очистки почвы от нефти и нефтепродуктов. Сорбент содержит нестерильный верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф и экстракт лечебной грязи, полученный экстрагированием мелкодисперсной торфяной грязи со степенью разложения растительных остатков 50% и более гидрокарбонатно-натриевой минеральной водой при содержании компонентов, вес.%: нестерильные верховой мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф 85-89, водный экстракт лечебной грязи 11-15. Изобретение обеспечивает повышение качества очистки и ее интенсификацию.

Сорбент для очистки почвы от нефтепродуктов, включающий торф и модификатор, отличающийся тем, что в качестве торфа он содержит нестерильные верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф, а в качестве модификатора - экстракт лечебной грязи, полученный экстрагированием мелкодисперсной торфяной грязи со степенью разложения растительных остатков 50% и более гидрокарбонатно-натриевой минеральной водой при содержании компонентов, вес.%:

Нестерильный верховой мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф85-89Водный экстракт лечебной грязи11-15