Введение к работе
Актуальность темы. С каждым годом количество поллютантов в природной среде растет быстрыми темпами, что в первую очередь связано с производственной деятельностью человека. Загрязнение окружающей среды стало международной проблемой, требующей безотлагательного решения, от которого зависит жизнь дальнейших поколений. Одной из глобальных проблем мирового масштаба является загрязнение окружающей среды нефтепродуктами (НП) и ионами тяжелых металлов (ИТМ).
Как показывает мировой опыт, в большинстве случаев наилучших результатов очистки водотоков от ИТМ и НП достигают, используя синтетические сорбенты, которым свойственны высокие сорбционные свойства, и их можно рекуперировать. Также к материалам, обладающим сорбционными свойствами по отношению к НП и ИТМ, относятся отходы переработки сельскохозяйственного сырья, которые дешевы и имеют возобновляемую сырьевую базу.
В настоящей диссертационной работе исследована возможность использования в качестве сорбционного материала (СМ) для удаления нефти, НП и ИТМ отхода льноперерабатывающей промышленности – льняной костры (ЛК), образующейся на ОАО «АПК Казанский лен» при трепании и чёсе льна.
Таким образом, в работе комплексно решается двойная экологическая задача: отход льнопереработки переводится в ранг вторичных материальных ресурсов, что также определяет актуальность работы в экологическом плане и применяется для удаления нефти, НП и ИТМ из водных сред.
Цель работы состояла в исследовании возможности удаления нефти, НП и ИТМ из водных сред в статических и динамических условиях с использованием ЛК и увеличения сорбционных характеристик последней с помощью обработки кислотами и высокочастотной плазмой (ВЧ) пониженного давления, а также в определении путей утилизации отработанного СМ.
Задачи исследования:
-
Определение сорбционных характеристик исходной ЛК по отношению к нефтям девонского и карбонового отложений, НП и ИТМ в статических и динамических условиях.
-
Исследование процесса сорбции НП ЛК при различных температурах в статических и динамических условиях.
-
Исследование влияния параметров химической и плазмохимической обработки ЛК на структуру СМ и изменение их сорбционных показателей по отношению к нефти, нефтепродуктам и ионам тяжелых металлов.
-
Определение параметров химической и плазменной обработки, придающих ЛК гидрофильные и гидрофобные свойства.
-
Определение путей утилизации отработанных СМ.
Научная новизна. Определены сорбционные характеристики ЛК по отношению к нефти, НП и ИТМ в статических и динамических условиях.
Показано, что обработка ЛК водными растворами кислот 0,5 % масс. концентрации в течении 45 минут способствует увеличению сорбционной емкости СМ по отношению к нефти, НП и ИТМ и гидрофобных характеристик.
Определены параметры плазменной обработки ЛК (плазмообразующий газ, давление в рабочей камере (Р), Па; расход плазмообразующего газа (Q), г/с; напряжение на аноде (Uа), кВ; сила тока на аноде (Iа), А; время обработки (t), мин.), способствующие приданию образцам гидрофобных свойств с увеличением нефтепоглощения и увеличению сорбционной емкости ЛК по отношению к ИТМ.
Наибольшая сорбционная емкость по отношению к ИТМ достигается при плазмообработке в атмосфере аргона с воздухом при следующих параметрах: по ионам Fe3+ P = 26,6 Па, Ia = 0,6 A, Ua = 2,0 кВ, Q = 0,06 г/сек, t = 1 мин; по ионам Ni2+ P = 26,6 Па, Ia = 0,6 A, Ua = 1,5 кВ, Q = 0,06 г/сек, t = 10 мин; по ионам Zn 2+ P = 26,6 Па, Ia = 0,3 A, Ua = 1,5 кВ, Q = 0,06 г/сек, t = 1 мин.
Установлено, что обработка ЛК ВЧ плазмой пониженного давления в режиме, придающем СМ гидрофильные свойства, приводит к увеличению площади поверхности СМ, в режиме, придающем СМ гидрофобные свойства – к сглаживанию поверхности ЛК.
Определены параметры термической утилизации использованных образцов СМ, состав и класс опасности золы от сжигания ЛК с сорбированными НП и ИТМ.
Практическая значимость работы. Предложено использование отхода льняного производства для очистки природных водных объектов и сточных вод от нефти, НП, а также от ИТМ.
Разработана экологически безопасная технология очистки СВ, содержащих нефть, НП и ИТМ, позволяющая существенно снизить себестоимость процесса очистки при сохранении его эффективности.
Проведены промышленные испытания ЛК в качестве СМ для очистки СВ, содержащих НП, образующихся на территории НГДУ «Ямашнефть» (г. Альметьевск), ООО «Центр МПТ» (г. Альметьевск). Так же проведены промышленные испытания ЛК по локализации розлива нефти на водном объекте (безымянный ручей) в зоне деятельности ЦДНГ № 2 НГДУ «Азнакаевскнефть» ОАО «Татнефть».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: региональной научно-практической конференции «Современные проблемы химии и защиты окружающей среды» (Чебоксары, 2007), III научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2008), V Всероссийской конференции «Актуальные вопросы защиты окружающей среды и безопасность территорий регионов России» (Улан-Удэ, 2008), IV научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2009).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в печати в 3 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК и 4 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 150 страницах, содержит 37 рисунков и 29 таблиц, библиографического списка, включающего 103 литературных источника и приложений.
