Техника и технология защиты водной и воздушной среды от загрязнений

Сорбционная технология борьбы с нефтяными загрязнениями

Для очистки воды от нефтяных и других загрязнений, а также для осветления воды до питьевой кондиции используется эффект адсорбции, которая как и адгезия относится к поверхностным явлениям. Материал, на поверхности или в объеме пор которого происходит концентрирование поглощаемого вещества, называют сорбентом, а поглощаемое вещество (в нашем случае - нефть) - сорбатом.

Необходимым условием адсорбции как самопроизвольного процесса, происходящего на поверхности раздела фаз, является повышенное значение химического потенциала сорбата (нефти) в собираемом объеме по сравнению с его химическим потенциалом на поверхности сорбента ( рис. 10.17). В результате адсорбционного процесса происходит концентрация (сгущение) сорбата в поверхностном слое, которая намного превосходит его концентрацию в дисперсионной среде.

Рис. 10.17. Адсорбция (концентрирование) молекул нефти на поверхности сорбента

В зависимости от природы адсорбционных сил различают физическую и химическую адсорбцию. Физическая адсорбция связана с взаимодействием между молекулами сорбата и сорбента. При этом молекулы сохраняют свою индивидуальность. Этот вид адсорбции является обратимым и уменьшается с ростом температуры. Одновременно с адсорбцией может идти противоположный процесс—десорбция ( рис. 10.17, б).

Величина адсорбции зависит от концентрации растворенной в воде нефти, от температуры и от поверхностного натяжения. Все величины, определяющие адсорбцию, взаимосвязаны: . При адсорбции происходит снижение поверхностного натяжения по мере увеличения концентрации нефти на поверхности сорбента.

В технологии очистки водной поверхности от нефтяных загрязнений используют пористые сорбенты. Эти сорбенты содержат различные по размерам и форме поры, существенно влияющие на результаты адсорбционных процессов. Не вся поверхность твердого сорбента может быть покрыта слоем адсорбированных молекул, а только ее часть-активные центры. Активные центры характеризуются избытком поверхностной энергии и большей возможностью реализовать физическую или химическую адсорбцию. В частности, в порах горных пород активными центрами выступают острые ребра скелетообразующих минералов.

Количество поглощаемой сорбентом нефти прежде всего зависит от свободной площади сорбента и свойств поверхности. Увеличение площади поверхности сорбентов может быть достигнут за счет измельчения материала и увеличения пористости. Однако, предел измельчения частице целью увеличения их поглотительной способности по отношению к нефти и нефтепродуктам не бесконечен. С уменьшением размера частиц снижается сила воздействия частицы на поверхность адсорбируемой жидкости, и при некотором очень малом размере частица не смачивается жидкостью и, соответственно, не происходит процесса адсорбции. Реальный предел измельчения в технологии производства адсорбентов составляет не менее 0,1 мкм.

Пористые адсорбенты могут иметь макропоры, переходные поры и микропоры. Макропоры имеют средние радиусы в пределах 1-2 мкм и удельную поверхность 0,5-2,0 . Макропоры не играют заметной роли в величине адсорбции, однако они являются транспортными каналами, по которым адсорбируемые молекулы нефти проникают в глубь гранул адсорбента.

Переходные поры имеют эффективные радиусы в интервале от 0,002 мкм до 1 мкм и удельную поверхность до 40 . Эти поры полностью заполняются молекулами адсорбируемой нефти.

Средние радиусы микропор находятся в области ниже 0,002 мкм и соизмеримы с размерами адсорбируемых молекул. Адсорбция в микропорах приводит к их объемному заполнению. Удельный объем микропор составляет примерно 0,2-0,6 , а общая площадь поверхности пористых адсорбентов от 10 до 250 .

Наибольшее распространение получили микропористые сорбенты. Общим для всех материалов, используемых для сбора нефти и нефтепродуктов с водной поверхности, является их гидрофобность. Это одно из важных свойств, определяющих способность материалов к различному уровню поглощения нефти. Гидрофобные тела являются, как правило, олеофильными, то есть легко смачиваются нефтью и нефтепродуктами.

Для производства нефтяных сорбентов используется большое число материалов. Их классификация может быть осуществлена:

• по исходному сырью: неорганические сорбенты (цеолиты, дисперсные кремнеземы, керамзит, силикагель и др.); органические сорбенты (уголь, опилки, сапропель, полиуретан и др.);
• по пористой структуре: крупнопористые с размером пор >200 нм; среднепористые - 1,5-200 нм; мелкопористые - <1,5 нм;
• по характеру смачивания водой:
• по плавучести: высокой — <72 часов; ограниченной - 3-72 часа;
• по поглотительной способности (табл. 10.2).

Нефтепоглощающая способность сорбентов на основе растительных отходов и синтетических органических сорбентов с нарастанием толщины слоя нефти увеличивается. Все поглотители насыщаются нефтью до предельной величины в течение первых 10 минут взаимодействия.

На поглотительную способность сорбентов существенное влияние оказывает вязкость собираемых с водной поверхности нефтепродуктов: поглотительная способность возрастает с ростом вязкости. Помимо этого фактора на поглотительную способность сорбента влияет содержание в нефти газа, легких фракций и эмульгированной воды: их повышенное содержание в нефти приводит к увеличению расхода сорбента для ее удаления с поверхности воды.

Поглощение нефти при локализации и ликвидации разливов на поверхности воды и суши гидрофобными порошковыми материалами не сводится только к процессу поверхностной адсорбции. Этот процесс доминирует только в случае очистки поверхности воды от тонких мономолекулярных пленок нефти и нефтепродуктов. В случае применения порошковых адсорбентов для очистки сильно загрязненной нефтью поверхности воды, наряду с процессом адсорбции, происходит сгущение нефти. При контакте олеофильных частиц с нефтью образуются мицеллы, образующие своеобразную сетчатую структуру, увеличивающую вязкость суспензии.

Впитывание нефти в абсорбент протекает в два этапа: начальная быстро протекающая адсорбционная стадия, при которой нефть смачивает поверхность абсорбента; стадия медленного проникания нефти в поры абсорбента и заполнения пустот под действием капиллярных сил.

Если представить структуру абсорбентов в виде системы олеофильных капилляров, то процесс абсорбции происходит в двух направлениях. Во-первых, разлитая нефть поднимается за счет капиллярного эффекта выше ее свободной поверхности. Чем меньше размер капилляров в сорбенте, тем выше уровень подъема нефти. Во-вторых, в толстом слое разлитого нефтепродукта, контактирующего с абсорбентом, происходит капиллярное перемещение нефти по горизонтали.

Экологическая политика предприятия

Экологическая политика предприятия должна соответствовать международным стандартам экологического управления ИСО 14000.

Экологическая политика должна:

• соответствовать природоохранному законодательству и регламентам;
• соответствовать характеру и масштабу воздействия на ОС деятельности предприятия;
• включать обязательства по предотвращению загрязнения и улучшению ОС;
• внедрение принятых обязательств и информирование о них всех служащих.

Политика нефтедобывающих предприятий должна следовать принципам:

• приоритетности здоровья человека и сохранности ОС;
• соблюдения всех законодательных актов и нормативных документов;
• проектирования и эксплуатации месторождений на основе использования современных технологий и рационального использования ПР. в том числе попутного нефтяного газа;
• соблюдения нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ, ПДВ и ПДС вредных веществ, загрязняющих атмосферный воздух, воду и почву;
• соблюдения нормативов предельно допустимых уровней (ПДУ) шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий;
• соблюдения нормативов санитарных и защитных зон (СЗЗ);
• доведения количества отходов производственной деятельности до технически и экономически приемлемого уровня;
• восстановления нарушенных объектов ПС в соответствии с нормативными документами.

Практическая реализация экологической политики предприятия может быть сведена в три приоритетных блока:

• снижение площади используемых земельных угодий (сокращение числа площадок под кусты скважин за счет увеличения отхода забоев скважин от вертикали; формирование линейных коммуникаций в коридоры; вертикальная компоновка оборудования);
• размещение объектов в экосистемах, наиболее устойчивых к воздействию нефтегазопромысловых объектов, менее чувствительных к изменениям гидрогеологического режима. Исключается размещение объектов в геодинамически активных зонах, в местах воспроизводства ценных популяций, в водоохранных зонах рек;
• увеличение надежности функционирования промысловых сооружений и коммуникаций за счет устройства ловушек и отстойников, оборотного водоснабжения, обвалования по периметру площадок и гидроизоляционных экранов.