Введение к работе
Актуальность темы. Республика Татарстан (РТ) относится к числу важнейших минерально-сырьевых регионов Российской Федерации. Основным полезным ископаемым РТ является нефть. На базе разведанных запасов созданы и функционируют мощные нефтедобывающий и нефтехимический комплексы, являющиеся основными источниками загрязнения окружающей среды нефтепродуктами (НП). Последние попадают в природную среду в результате аварийных разливов в системах перекачки и транспортировки, на нефтяных терминалах и нефтебазах, в хранилищах НП, на автозаправочных комплексах и станциях, а также со сточными водами (СВ) предприятий. Растворенные и эмульгированные HП наносят большой вред многим гидробионтам. Вода приобретает токсические свойства, специфический вкус и запах, изменяется ее цвет, рН, вязкость. Нефтяная пленка нарушает газообмен между водной поверхностью и атмосферой, заметно снижая интенсивность фотосинтеза одноклеточными водорослями, водной растительностью, угнетает развитие нейстонных сообществ, препятствует доступу воздуха личинкам рыб и подавляет образование кислорода в воде. Нефть и НП не относятся к наиболее опасным для человека токсичным загрязнениям. В общей массе, они составляют большую долю, а, следовательно, наносят существенный ущерб окружающей среде.
Несмотря на то, что необходимость организации и реализации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и НП предприятиями, осуществляющими разведку месторождений, добычу, а также переработку, транспортировку и хранение последних закреплена федеральным законодательством, вопрос снижения техногенной нагрузки на водные объекты стоит весьма остро.
В связи с вышесказанным, важной и актуальной задачей видится усовершенствование ресурсосберегающих технологий и методов очистки от загрязнений НП, позволяющих уменьшить антропогенную нагрузку на объекты окружающей среды и снизить себестоимость очистки за применения реагентов качественно нового уровня. Из существующих методов удаления НП из воды предпочтение отдается сорбционным методам, обладающими рядом преимуществ, в частности, возможность очистки от загрязнений практически до любой остаточной концентрации, управляемость процессом и др. Наиболее привлекательны сорбционные материалы (СМ) из отходов переработки растительного сырья. При использовании последних решается двойная экологическая задача – перевод отходов в разряд вторичных материальных ресурсов и их применение для очистки сточных и природных вод. В настоящей диссертационной работе исследована возможность использования для удаления нефти и НП отхода переработки зерна – плодовых оболочек зерен ячменя (ПОЗЯ).
Цель работы состояла в поиске решений и методов для снижения техногенного воздействия на окружающую среду в результате попадания НП в водные объекты с использованием отходов растительного происхождения.
Задачи исследования:
1. Исследование сорбционных характеристик ПОЗЯ, а также процесса их взаимодействия с НП.
2. Исследование процесса очистки водных объектов от нефти и НП, и возможности интенсификации данного процесса путем модификации СМ.
3. Разработка технического решения по использованию ПОЗЯ в качестве СМ. Определение пути утилизации отработанного реагента.
Научная новизна диссертационной работы подтверждается следующими положениями, выносимыми на защиту:
- раскрыты закономерности механизма удаления НП из водных сред отходом ячменя. Определено, что взаимодействие последних происходит по адгезионному механизму;
-выявлены возможные способы увеличения сорбционной емкости по отношению к нефти и гидрофобных характеристик СМ. В частности, установлено, что обработка ПОЗЯ 1 % растворами кислот приводит к созданию развитой поверхности за счет вымывания низкомолекулярных фрагментов материала; показано, что модификация высокочастотной (ВЧ) плазмой пониженного давления способствует приданию образцам гидрофобных свойств и увеличению сорбционной емкости по отношению к НП, а как следствие, повышению степени очистки водных объектов.
Практическая значимость работы.
Предложено использование отхода от переработки зерен ячменя для очистки водных сред от нефти и НП.
Разработана технологическая схема процесса очистки водного потока малой дебетности от нефти и НП. Названный способ испытан в ЦНДГ №2 «Азнакаевскнефть» ОАО «Татнефть» им. В. Д. Шашина. Результаты промышленных испытаний показали, что при использовании плодовых оболочек зерен ячменя в качестве сорбционной загрузки нефтеулавливающих конструкций содержание НП снижается в 625 раз; при использовании плазмообработанных плодовых оболочек – в 2000 раз.
Выполнен расчет величины эколого-экономического предотвращенного ущерба при разливе НП в условиях водного потока малой дебетности, который составил более 1400000 рублей.
Предложен способ утилизации отработанного СМ в печах с пульсирующим горением. Испытания показали, что масса образующейся золы не превышает
4 %. Проведенный элементный анализ состава золы рентгенофлуоресцентным методом показал, что она относится к третьему классу опасности.
Достоверность полученных результатов обеспечивается применением стандартных экспериментальных методик и метрологическими характеристиками поверенных измерительных приборов, а также оценкой погрешности экспериментальных данных и их удовлетворительных совпадений с результатами промышленных испытаний.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: VI Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы безопасности в техносфере» (г. Улан-Удэ, 2010 г.); Всероссийской конференции. «Экологические проблемы урбанизированных территорий» (г. Пермь, 2011 г.); Региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты окружающей среды в химической промышленности и смежных областях» (г. Новочебоксарск, 2011 г.); Межрегиональных конференциях «Промышленная экология и безопасность» (г. Казань, 2010, 2011 гг.); VII Международной научно-практической конференции «Perspektywiczne opracowania sa nauka I technikami – 2011» (Przemyl, Poland, 2011 г.); Межрегиональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «III, IV Камские чтения» (г. Набережные Челны 2011, 2012 гг.); II Международном конгрессе «Чистая вода. Казань» (г. Казань, 2011 г.); Открытом конкурсе научных работ студентов и аспирантов им. Н.И. Лобачевского (г. Казань, 2012 г.); Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горнопромышленных регионов» (г. Казань, 2012 г.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в печати в 5 статьях, 4 из них в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных к изданию ВАК, 10 тезисах докладов.
Личный вклад соискателя. Автор принимал участие в постановке цели и задач исследования, проведении научных экспериментов, их обсуждении, апробации результатов исследований и подготовке основных публикаций по выполненной работе.
Структура диссертационной работы.
Диссертация состоит из 5 глав, изложенных на 125 страницах, содержит 28 рисунков и 22 таблицы, библиографического списка, включающего 139 литературных источника и трех приложений.
