Введение к работе
Актуальность проблемы. С увеличением объемов добычи, переработки и транспортировки нефти и нефтепродуктов неуклонно растет загрязнение природных экосистем углеводородами. По данным Комитета по природным ресурсам и экологии Государственной Думы РФ ежегодно в России происходит более 60 крупных аварий и около 20 тыс. случаев, сопровождающихся значительными разливами нефти. По территории Краснодарского края протяженность магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов составляет 3,0 тыс. км, объем нефтепродуктов в резервуарных парках – 1,77 млн. м3, объем транспортировки и перевалки нефти – 93,0 млн. тонн в год. Проблема негативного влияния разливов нефти и нефтепродуктов на окружающую среду представляет угрозу для здоровья населения и устойчивости экосистем, а ее решение является актуальной как для России, так и для Краснодарского края, особенно в условиях реализации федерального проекта «Сочи 2014».
Другой актуальной проблемой сельскохозяйственных регионов, в частности Краснодарского края, является образование малоиспользуемого вторичного сырья при переработке зерновых культур. Ежегодно в агропромышленном комплексе (АПК) России образуется более 13 млн. ц. стержней кукурузных початков, при этом в Краснодарском крае – около 30 % от их общего объема. Переработка стержней кукурузных початков в настоящее время практически не ведется в связи с остановкой гидролизного производства. Сведения о химическом составе и физико-химических свойствах стержней початков современных сортов и гибридов кукурузы недостаточны для их эффективного вовлечения в ресурсооборот.
В настоящее время перспективным направлением является использование вторичного растительного сырья для получения на его основе сорбентов с заданными свойствами. Известны сорбенты полисахаридной природы на основе гречневой шелухи (Л.А. Земнухова, 2008), плодовой оболочки семян подсолнечника (В.Г. Щербаков, 2004; С.Н. Овчаров, 2010), шелухи риса (И.Г. Гафаров, 2005), стержней кукурузных початков (John Vander Hooven, 1971) и др.
Получение нефтесорбентов на основе местного полисахаридного сырья АПК, в частности стержней кукурузных початков, может способствовать повышению эффективности использования вторичного сырья в хозяйственной деятельности и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с НИР кафедры безопасности жизнедеятельности Кубанского государственного технологического университета № 01201152062, в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по направлению «Переработка и утилизация техногенных образований и отходов» (ГК №П207 от 22.07.2009 г.) и по гранту Российского фонда фундаментальных исследований и Администрации Краснодарского края (08-04-99112-р_офи).
Цель работы. Разработка способа получения полисахаридного сорбента для снижения антропогенного воздействия на живую природу при аварийных разливах нефти и нефтепродуктов.
Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:
-
Исследовать химический состав, структурные особенности и физико-химические свойства стержней кукурузных початков современных гибридов в качестве сырья для получения сорбента природоохранного назначения в нефтегазовой отрасли.
-
Провести сравнительную оценку известных способов направленной модификации сорбционных свойств полисахаридного сырья на примере стержней кукурузных початков. Обосновать применение обработки стержней кукурузных початков двуокисью углерода для получения нефтесорбента.
-
Определить параметры процесса обработки стержней кукурузкых початков двуокисью углерода с целью улучшения сорбционных характеристик. Исследовать химический состав, физико-химические, а также сорбционные свойства разработанного сорбента по отношению к нефти и нефтепродуктам.
-
Провести оценку эффективности применения разработанного сорбента в условиях разливов нефти на почве. Разработать рекомендации по применению разработанного сорбента для снижения антропогенной нагрузки на живую природу при разливах нефти и нефтепродуктов на почву и твердые поверхности.
-
Провести анализ эколого-экономической эффективности применения разработанного сорбента.
Научная новизна
-
Установлен химический состав, анатомические особенности стержней початков современных гибридов кукурузы селекции ВНИИСХ им. П.П. Лукьяненко (Россия) и фирмы Pioneer (США), возделываемых в Краснодарском крае.
-
Разработан способ получения сорбента с улучшенными сорбционными характеристиками по отношению к нефти и нефтепродуктам при модификации структуры стержня кукурузного початка двуокисью углерода.
-
Установлены закономерности сорбции нефти и нефтепродуктов разработанным сорбентом.
Практическая значимость и реализация результатов работы
-
Разработана, согласована и утверждена техническая документация ТУ 2165-326-02067862-2011 «Нефтесорбент из стержней кукурузных початков», получена опытно-промышленная партия сорбента на производственном оборудовании ООО «Фирма «Явента» (г. Краснодар).
-
Предложены рекомендации по применению разработанного сорбента для снижения антропогенной нагрузки на почву при ее загрязнении нефтью и нефтепродуктами.
-
Проведена эколого-экономическая оценка эффективности применения результатов исследования. Разработан программный модуль для оценки ущерба при загрязнении почв химическими веществами.
-
Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «КубГТУ» и используются при проведении практических занятий по дисциплине «Нормативы по защите среды обитания» для бакалавров по направлению 280700.62 «Техносферная безопасность».
Обоснованность и достоверность результатов, научных положений и выводов, содержащихся в диссертационной работе, подтверждается согласованностью полученных результатов с известными теоретическими и экспериментальными данными. Достоверность экспериментальных данных обеспечивается использованием современных средств измерений и стандартных методик проведения исследований, а также методов статистической обработки данных.
Личный вклад автора заключается в выполнении основного объема теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в диссертационной работе, включая постановку цели и задач исследования, выборе методик экспериментов, непосредственном участии в их проведении, анализе и обобщении экспериментальных результатов, формулировании обоснованных выводов, при составлении материалов публикаций и докладов.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Результаты исследований химического состава, физико-химических и сорбционных свойств стержней кукурузных початков и сорбентов на его основе.
-
Способ модификации стержней кукурузных початков двуокисью углерода для получения сорбента природоохранного назначения в нефтегазовой отрасли.
-
Результаты исследований закономерностей процессов сорбции нефти и нефтепродуктов разработанным сорбентом.
-
Результаты исследований изменения биологических показателей нефтезагрязненной почвы при применении разработанного сорбента.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практической конференции по вопросам охраны окружающей среды Краснодарского края, посвященной 20-летию образования природоохранной службы Краснодарского края (Краснодар, 2008); пятом Московском Международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2009); научно-практической конференции грантодержателей Российского фонда фундаментальных исследований и Администрации Краснодарского края «Вклад фундаментальных научных исследований в развитие современной инновационной экономики Краснодарского края» (Краснодар, 2009); II Всероссийской научной конференции «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства» (Краснодар, 2010); VIII Международной конференции «Биоантиоксидант» (Москва, 2010); III Международной научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь и наука XXI века» (Ульяновск, 2010); II Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 50-летию образования РУДН «Инновационные процессы в АПК» (Москва, 2010); VI Всероссийской конференции «Химия и технология растительных веществ» (Санкт-Петербург, 2010); VIII Международной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов» (Украина, Харьков, 2011); II Международной научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал молодых ученых России и зарубежья» (Москва, 2011); V Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (Челябинск, 2011).
Публикации результатов работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 18 научных работ, в том числе 5 статей, 3 из которых в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ, 12 тезисов докладов на международных, всероссийских и региональных конференциях, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Подана заявка на изобретение № 2012109328 от 12.03.2012 г. «Способ получения сорбента».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 187 страницах, содержит 63 рисунка, 51 таблицу и 6 приложений. Список литературы включает 164 наименования, в том числе 60 – зарубежных источников.
Автор выражает благодарность доктору технических наук, профессору С.Ю. Ксандопуло.
Похожие диссертации на Разработка способа получения полисахаридного сорбента с улучшенными экологическими характеристиками для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов
