Семь раз отмерить

Рекламные иллюзии и реальные перспективы применения нефтяных сорбентов

Из года в год во всем мире происходит увеличение числа и масштабов экологических происшествий, связанных с разливами нефти и нефтепродуктов, все более загрязняющих нашу планету. Одним из эффективных способов предотвращения и ликвидации нефтяных разливов является грамотное использование нефтяных сорбентов. Российский рынок сорбентов только формируется и этим обстоятельством зачастую пользуются недобросовестные компании, легко сбывающие покупателю далеко не лучшие для его условий продукты. Для правильного выбора сорбентов необходимо представлять их свойства, практические возможности и способы утилизации. Альтернативной закупкам является возможность организации собственного производства сорбентов.

Параллельно с ростом добычи и потребления «черного золота» неуклонно растут и масштабы нефтяных загрязнений из самых разных источников (см. «Источники загрязнения окружающей среды нефтепродуктами»).
«Источники загрязнения окружающей среды нефтепродуктами»

В России широко известны разливы нефти в Коми, в Башкирии, в бухте Новороссийска, потоки нефтепродуктов текут уже который год с территории воюющей Чечни через Дагестан в Каспий. При разливе нефтепродуктов на воде литр нефти лишает кислорода 40 тысяч литров воды, тонна нефти загрязняет 12 км2 водной поверхности. Содержание в ней нефтепродуктов выше 0,1 мг/л придает мясу рыб неустранимый ни при каких технологических обработках привкус и специфический запах нефти. Нефтепродукты в почве необратимо угнетают развитие растений при концентрации свыше 2 г на 1 кг почвы (порог фитотоксичности), происходят задержка или полное выпадение фенофаз в развитии растений, морфологические изменения растений, на 20-30 дней задерживается начало вегетации. Все это подчеркивает актуальность борьбы с нефтяными загрязнениями.

Масштабам проблемы соответствует и набор технических решений и средств по предотвращению и ликвидации нефтяных разливов. Не последнее место среди них занимают так называемые нефтяные сорбенты — материалы, способные впитывать в больших количествах нефтепродукты, препятствуя тем самым их миграции в окружающей среде. За рубежом они давно и широко используются. Для России нефтяные сорбенты являются сравнительно новым продуктом, поэтому информация о них чрезвычайно ограничена и, как правило, имеет чисто рекламный характер. К сожалению, не то что популярная, но и специальная техническая литература по вопросу нефтяных сорбентов практически отсутствует. В настоящее время более 300 компаний в мире производят (или по крайней мере заявляют о такой возможности) различные сорбенты, но на рынке наиболее известны несколько десятков наименований.

С чего начать?
Прежде чем принять решение о приобретении и использовании сорбентов, необходимо ответить на несколько вопросов. Первый из них — нужны ли они в данной ситуации? Часто от сорбентов ждут решения абсолютно всех проблем по очистке среды, а это далеко не так. Сорбенты предназначены для достаточно тонких стадий очистки, а также там, где по различным причинам неприменимы другие средства. Например, если у вас образовалась лужа нефтепродукта толщиной в полметра, то сыпать в нее сорбент конечно можно, но с таким же успехом туда можно сыпать потраченные на сорбент деньги. Легче откачать этот слой обычным насосом или вакуумным сборщиком. Слои нефтепродукта на воде толщиной более 1 мм эффективно устраняются адгезионными нефтесборщиками — скиммерами различных конструкций.

Предварительную очистку объема сточных вод можно успешно произвести отстоем, гидродинамической сепарацией, флотацией. Бесполезно сразу сыпать сорбент на пропитанный нефтепродуктом грунт. Грунт и сам обладает некоторыми сорбционными свойствами, поэтому он не «отдаст» поглощенный продукт другому сорбенту без специальных мероприятий. Обычно это промывка с применением поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Чем закончить?
Если вы убедились, что имеющимися в вашем распоряжении средствами задачу не решить и необходимо приобретать сорбент, то предварительно ответьте на второй вопрос — что делать с сорбентом после ликвидации разлива, то есть как его утилизировать? Многие производители либо замалчивают вопрос об утилизации использованного сорбента, либо обещают его многократное использование и легкую утилизацию разными способами. Практика показывает, что все не так просто.

Во-первых, многократное использование сорбента возможно только при поглощении относительно чистой фракции сорбентом с высокой упругостью. Обычно после двух-трех отжимов емкость сорбента значительно уменьшается, так как его поры забиваются грязью и тяжелыми фракциями, структура необратимо деформируется и снова приходится решать вопрос, что делать дальше. Во-вторых, часто рекомендуемое сжигание отработанного сорбента неприменимо к минеральным сорбентам и, с большими оговорками, применимо к синтетическим, но только в специальных топках при высокой температуре, чтобы избежать образования токсичных продуктов. В-третьих, самый простой способ утилизации — вывезти сорбент на свалку или отдать дорожникам — часто оказывается связанным с неожиданными трудностями, особенно в больших городах. Почти ни одна свалка, дорожащая лицензией на свою деятельность, не примет сорбент с нефтепродуктом, если у нее нет специальной технологии его захоронения. Особенно это относится к синтетическим сорбентам, которые, как правило, бионеразложимы и будут годами спокойно лежать рядом с полиэтиленовыми бутылками и пакетами — бичами современных свалок. Дорожники и мастера по изготовлению кровель также далеко не всегда возьмут вашу «замазученную» смесь без испытаний. У них своя отработанная технология, и связываться с новыми добавками, причем поставляемыми нерегулярно, они даже за деньги захотят лишь с большим трудом. Несколько проще происходит утилизация сорбентов из природного органического сырья, их можно сжечь или подвергнуть ускоренному биоразложению при добавлении известных коммерческих биопрепаратов.

После выбора приемлемого способа утилизации можно выбрать и сам сорбент. Основным критерием при этом должно быть соотношение «цена/нефтеемкость», причем к цене сорбента необходимо прибавить затраты на его доставку, складирование, применение, удаление и уже упомянутую утилизацию. Не спешите сразу увлекаться цифрами гигантской нефтеемкости. Здесь есть свои особенности.

О тонкостях рекламы
Емкость поглощения по нефти (нефтеемкость) является, несомненно, одной из важнейших характеристик нефтяных сорбентов. Она может быть выражена различными способами — как отношение массы поглощенной нефти к массе сорбента, как соответствующее отношение объемов или как смешанное отношение. Совершенно очевидно, что любая пористая структура не может вместить объем жидкости, превосходящий объем пор. Даже если учесть некоторое набухание сорбента и возможность удержания определенного количества жидкости внешней поверхностью, объемная нефтеемкость самых высокопористых сорбентов близка к единице, то есть, если вам необходимо удалить кубометр нефтепродукта, то для этого в любом случае нужно не менее кубометра готового сорбента.

Но при использовании объемных характеристик различие между сорбентами по емкости будет выражаться десятыми и сотыми долями, что невыгодно для рекламы. Поэтому все без исключения производители предпочитают выражать емкость через соотношение масс. Тогда, чем легче сорбент, тем больше это соотношение, которое может достигать нескольких десятков. Эти цифры поражают воображение потенциального покупателя, и он не сразу соображает, что для перевозки и хранения такого легкого продукта важны кубометры, а не тонны. К тому же слишком легкий сорбент легко слеживается и разлетается при малейшем ветре.

Следующая рекламная хитрость состоит в том, что емкость поглощения бывает статическая (максимальная) и динамическая (в реальных условиях). Если первая определяется при погружении сорбента в чистый нефтепродукт, то вторая зависит от толщины пленки, наличия воды и массы других факторов и обычно значительно ниже. Разумеется, в рекламе указывается статическая емкость поглощения. Практика показывает, что при удалении тонких пленок нефти с поверхности воды рекламные различия между сорбентами весьма ощутимо стираются и на первый план выдвигаются другие показатели — стоимость, плавучесть, удобство применения и утилизации.

Еще одна рекламная уловка основана на том, что емкость поглощения (по массе) весьма сильно зависит от вязкости нефтепродукта, поэтому ее чаще всего измеряют на сырой нефти, а не на бензине и дизельном топливе. У производителей есть, конечно, данные по поглощению разных продуктов, но в рекламу идет только одна, естественно, максимальная. Для большей убедительности иногда приводится список «чужих» сорбентов — якобы аналогов, которые нетрудно умело подобрать из существующих, тем более, что справочников по сорбентам у нас пока не выпускают и потребителю остается целиком полагаться на рекламу.

На воде
После того, как произведен выбор ряда наиболее приемлемых с точки зрения емкости и утилизации сорбентов, необходимо конкретизировать условия их планируемого применения. Недобросовестные компании, которые желают побыстрее избавиться от нефтяных пятен на воде, а состояние дна при этом их не интересует, используют самые дешевые минеральные сорбенты (примерно 70% применяемых в мире нефтяных сорбентов — это высушенная высокопористая глина). Такие сорбенты быстро тонут с поглощенной нефтью, на время скрывая загрязнение, но понемногу нефть снова всплывает (уже в меньших объемах). Таким пакостникам остается пожелать скорейшей встречи с экологическим инспектором. Без опаски данные сорбенты с низкой плавучестью можно использовать при разливах нефтепродуктов на твердой поверхности — на асфальте, в промышленном цеху и т.д.

На воде необходимо использовать плавучие сорбенты, причем запаса плавучести должно хватать для завершения всех операций по очистке поверхности и сбору отработанного сорбента. Плавучесть определяется, как правило, наличием в сорбенте закрытых пор с защемленным воздухом и необязательно соответствует гидрофобности, то есть водоотталкивающим свойствам сорбента. Даже самые, по своей природе, гидрофобные синтетические сорбенты вместе с нефтью впитывают и влагу, связанную с пленкой нефти силами межмолекулярного взаимодействия.

Спецназ
Помимо основного достоинства — быстро и избирательно впитывать нефтепродукты, удерживая их длительное время — некоторые типы сорбентов могут иметь специальные свойства, полезные для решения ряда практических задач. Например, биосорбенты содержат иммобилизованные микробиологические культуры, в результате деятельности которых разложение нефтепродуктов до простейших соединений происходит намного быстрее, чем в природе. При этом необходимо учитывать, что при температуре ниже +50С размножение микроорганизмов практически останавливается, так что биосорбенты в зимних условиях без специального подогрева неприменимы. Кроме того, большинство используемых биопрепаратов требуют дополнительного введения в систему иных элементов питания, кроме углеводородов — прежде всего азота, фосфора и калия. Биопрепараты действуют медленно, поэтому не стоит ждать мгновенного волшебного исчезновения всех загрязнений. Тем не менее, биоразложение практически решает вопрос утилизации сорбентов, что существенно упрощает их применение.

Сорбенты с магнитными свойствами удобны для использования в труднодоступных местах, так как они легко извлекаются из воды любыми магнитными ловушками на постоянных магнитах или электромагнитах. Сорбенты, содержащие ПАВ, эффективны при ликвидации очень тонких пленок нефтепродуктов. Некоторые сорбенты могут содержать реагенты-отвердители нефти, что упрощает сбор загрязнений (при этом необходимо учесть, что ряд реагентов-отвердителей очень токсичны). Семейство сорбентов со специальными свойствами быстро расширяется, но всякое новое качество, как правило, требует дополнительных затрат и повышает цену продукта.

Дополнительные рекомендации
Для практического использования сорбентов часто бывает важно, в каком виде представлены эти сорбенты — в дисперсном ( порошки, крошка, гранулы) или формованном (рулонный материал, маты, салфетки, боны). Формованные сорбенты удобнее наносить на поверхность и убирать, но труднее утилизировать (они, большей частью, синтетические). К тому же трудно заранее подобрать толщину сорбирующей ткани, соответствующую неизвестно какой толщине нефтяной пленки. Поэтому КПД использования формованных сорбентов невысок. Дисперсные сорбенты можно наносить на поверхность в желаемом количестве, но за это приходится расплачиваться трудностями с их распылением и сбором и заранее мириться с неизбежным ветроуносом (при водном использовании возможно применение специальных схем внесения дисперсных сорбентов из-под воды).

Использование любых сорбентов требует некоторого минимума вспомогательного оборудования. Для рулонных сорбентов это барабаны и отжимные валки, для дисперсных — пневматические, механические или гидравлические распылители, различных форм сачки и сети для сбора, емкости для хранения собранного конгломерата. В принципе, на любом предприятии такие устройства можно изготовить, но это необходимо сделать заранее, чтобы сорбенты потихоньку не портились на складе. Серийно такое оборудование не производится, а консультацию по изготовлению могут дать многие фирмы, имеющие опыт применения сорбентов.

Разные сорбенты требуют и разных условий хранения — герметичных или нет, в высоких или низких штабелях, различны и классы пожароопасности сорбентов. Поэтому необходимо требовать от изготовителей рекомендации не только по применению, но и по хранению сорбентов.

Не ставя под сомнение добросовестность производителя сорбентов и точность рекламы, все же не лишним бывает сделать простейшие тесты, приобретя пробные партии двух-трех разных сорбентов. К тому же условия массового производства могут весьма отличаться от опытных (на которых базируется реклама), и, вследствие этого, возможны значительные отклонения от утвержденных технических условий. При проведении тестов станет ясно, о чем умалчивала реклама.

Неужели все так сложно?
Такой вопрос может закономерно появиться у Читателя при знакомстве с данной статьей. Нет, все не настолько сложно, как кажется на первый взгляд, но для того, чтобы рекламные обольщения не сменились разочарованием, которое распространяется с «провинившегося» образца на все славное племя нефтяных сорбентов, необходимо как можно более четко представлять их возможности. Рынок сорбентов у нас только складывается, какие-то марки закрепятся на рынке, какие-то со временем забудутся.

Но нефтяные реки и ручейки не ждут, их надо остановить сейчас и тем, что есть под руками. Точнее — под ногами, так как в любом регионе нашей огромной страны есть практически неисчерпаемая база для производства самых разнообразных сорбентов, а у разработчиков — набор разнообразных, часто уникальных технологий производства. Вполне возможно, что даже нет необходимости везти легкий как пух сорбент за сотни километров к своему родному «замазученному» водоему. Иногда проще сделать свой сорбент из своего сырья, решить проблемы с экологами, да и соседям помочь по божеским расценкам.

Собственное производство
У авторов статьи тоже есть чем поделиться и предоставить Читателю возможность убедиться на практике в эффективности вышеописанных шагов по выбору оптимального для конкретных условий сорбента. Рядом организаций под эгидой Российской Академии Естественных наук разработана доступная и эффективная технология производства семейства гидрофобных нефтяных сорбентов из различного сырья. Она получила почетный диплом международного экологического симпозиума в Лас-Вегасе (США) в 1997 году. Основным достоинством технологии является ее универсальность, позволяющая освоить самую широкую базу сырья и отходов для производства сорбентов. Кроме того, разработанная технология позволяет производить сорбенты с самыми разными свойствами, в том числе уникальными (например, магнитные и биологические сорбенты).

Производимые по данной технологии сорбенты успешно прошли самые разнообразные испытания в различных регионах, в том числе зимой при температуре воздуха до -320С, применялись при ликвидации аварий на реке Белой, на канале Москва-Волга, используются как штатное средство многими предприятиями Москвы и Кировской области. Поскольку технология является безреагентной и требует только энергии, производство можно организовать за короткое время в любом районе, что позволит потребителю не только успешно решить свои экологические проблемы, получая сорбенты по себестоимости, но и с выгодой помочь соседним предприятиям.

Мы уверены, что за отечественными нефтяными сорбентами большое будущее и их широкое применение пока сдерживается как отсутствием достаточно полной и достоверной информации, так и определенным несовершенством нормативно-правовой базы. Если бы экологи, как пожарники, предписывали всем предприятиям иметь минимальный набор сертифицированных средств экологической защиты от разливов нефтепродуктов, наличие которых можно легко проверить, то наши земли и реки стали бы намного чище, а сорбенты по популярности перегнали бы многие рекламируемые с экрана товары. При этом набор сорбентов может и должен быть как можно более разнообразным, как набор лекарств в медицине. Дело за правильным выбором, чтобы не ругать аптеку, приняв от головной боли слабительное.