Собрать и обезвредить!

Продолжаем рубрику «у нас» актуальной информацией о методиках ликвидации нефтеразливов и новых разработках российской науки в этом направлении.

Как известно, загрязнения окружающей среды при разливах нефти и нефтепродуктов наносят огромный ущерб экосистемам. Каждый год в мире разливаются миллионы тонн углеводородов в результате повреждения нефтепроводов, аварий и ошибок при морской транспортировке, прочих техногенных аварий. Собрать разлитое — всегда сложная задача со многими неизвестными. В частности, разлив на воде, на льду или на грунте требуют разных подходов и технологий; кроме того, выбор технологий зависит от того, что именно попало в окружающую среду — сырая нефть, керосин, дизельное топливо, мазут или другой продукт.

Один из наиболее эффективных способов очистки природной среды от последствий разлива — это применение сорбентов. Сегодня в мире для борьбы с нефтяными разливами применяют порядка 200 видов сорбентов: неорганических, органических, органоминеральных, синтетических и даже сверхсовременных биомиметических.

Самый простой, хотя и не самый эффективный способ сбора нефти и нефтепродуктов с грунта — засыпать почву дешёвым неорганическим сорбентом. К таким относятся глины, цеолиты, диатомиты, песок и пр. Но нефтеёмкость у них низкая (70-150%), а лёгкие нефтяные фракции, такие, как бензины, керосины и дизельное топливо, они вообще не впитывают. На воде их применение невозможно, поскольку они тонут вместе с нефтепродуктами. К тому же, их потом сложно утилизировать. Однако, к сожалению, по большей части при разливах (особенно небольших) на грунте и на льду применяют до сих пор именно этот вариант.

Органические и органоминеральные сорбенты считаются более перспективными при ликвидации нефтепродуктовых загрязнений. Органическое сырьё, которое используют в качестве сорбента, хорошо впитывает загрязнения, лёгкое (не тонет в воде) и гидрофобное (отталкивает влагу, не пропитываясь ей), а после использования его можно просто сжечь. В эту категорию можно отнести такие варианты, как древесная щепа или опилки; модифицированные торфы; отходы сельскохозяйственных культур; шерсть и даже… макулатура!

С начала XX века для сбора нефти используют натуральную шерсть. У неё большая нефтеёмкость: всего один кг шерстного сорбента способен впитать до 8-10 кг нефти. Кроме того, природная упругость дает возможность отжимать из шерсти большую часть легких нефтепродуктов и использовать её несколько раз. Но натуральная шерсть сейчас очень дорогой продукт.

А вот другое «околотекстильное» сырьё очень даже перспективно. Это костра (жёсткая часть стебля льна), которая остаётся после производства льняного волокна. Она достаточно эффективно впитывает любые нефтепродукты, а достаётся совершенно бесплатно — ведь это отходы производства. В год на территории нашей страны получают около двухсот тысяч тонн костры.

Однако будущее, конечно, за высокими технологиями. Уже несколько десятилетий в развитых странах ученые экспериментируют с синтетическими сорбентами. Для этого используют разные виды полимеров, которые формуют в нетканое полотно, губчатые толстые «маты», или же делают из них пористые гранулы. Современные синтетические сорбенты обладают массой преимуществ: они экологически чистые, очень нефтеёмкие, могут улавливать даже малые концентрации нефти и нефтепродуктов, а кроме того, их можно отмыть от загрязнений обычной водой и использовать многократно. Пожалуй, единственный недостаток этой категории сорбентов — высокая цена: это вам не почти бесплатные опилки рассыпать!

Нефтехимик из Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского Елена Свешникова предложила объединить свойства органических и синтетических сорбентов. Под её руководством были проведены исследования, которые позволили создать новейший целлюлозосодержащий нефтесорбент на основе оболочки гречихи и оболочки проса, модифицированных специальными структурирующими полимерами, с последующей термообработкой. У полученного сорбента можно регулировать пористость, что позволит адаптировать его под разные типы нефтепродуктов. Обработанная полимерами и нагретая до 350-450°С оболочка гречихи или проса впитывает нефть или нефтепродукты в 5-6 раз больше собственного веса и имеет отличный запас плавучести (до 20 дней), что очень важно, если на поверхность воды вылился большой объём нефтепродуктов и собрать их сразу невозможно (как это произошло, например, недавно в Норильске).

— Для очистки воды от нефтеразливов могут применяться различные природные углеродсодержащие сорбенты, среди которых и шелуха сельхозкультур. Не составляют исключение оболочки проса и гречихи. Их важные полезные свойства — низкая себестоимость и возобновляемость. Применение таких материалов очень экологично ввиду естественности происхождения, а также легкости утилизации после насыщения их нефтепродуктами в качестве, например, топливных брикетов. Однако наряду с преимуществами эти материалы имеют и ряд недостатков. Модифицировав природное сырьё полимерами, мы от этих недостатков избавляемся, — подчеркивает Свешникова.

А вот группа учёных Самарского государственного технического университета во главе с доктором технических наук, профессором, начальником отдела инженерной экологии и экологического мониторинга Самарского научного центра РАН Андреем Васильевым и кандидатом биологических наук Владой Заболотских, недавно обнародовала результаты экспериментов по созданию нефтесорбентов из вторичных полимеров. Оказалось, что выдающимися сорбционными свойствами обладают резиновая крошка мелкой фракции и композит, полученный из переработанных пластиковых бутылок и той же резиновой крошки. Из этих материалов предлагается производить порошковый сорбент и сорбционные маты для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности водных объектов. Представьте себе: вы просто сдали на переработку шины и бутылки от напитков, а ваше вторсырьё спасло от разлива нефти арктическую тундру или какую-то другую экосистему!

Порошковый сорбент самарские учёные изготовили из отходов пенополистирола с добавлением «вспученного» перлита (натуральный минерал). Он впитывает нефть или нефтепродукты в 5-6 раз больше собственного веса буквально за доли секунды и очищает воду на 99,6-99,8%. А сорбент состава «полимерное волокно + резиновая крошка мелкой фракции» поглощает около 95% нефти и отлично плавает на поверхности воды. И, что важно, с течением времени нефть продолжает удерживаться сорбентом, нет вторичного загрязнения воды.

Необычный способ очистки акваторий от разливов нефти и нефтепродуктов разработала группа ученых из Мурманского морского биологического института. В 2019 году они нашли способ просто «съесть» разлитые углеводородные загрязнения. Лакомиться нефтью предлагается особой группе бурых водорослей.

Исследователи давно экспериментируют с различными микроорганизмами-биодеструкторами, которые могут включать в свои метаболические процессы разные классы углеводородов — проще говоря, «съедать» их. Но результаты, полученные в Мурманске, выделяются высокой продуктивностью. 1 га водорослей может за 15 дней ликвидировать до 100 кг нефтепродуктов. В экспериментах использовались фукусовые водоросли, предварительно обогащенные смесью бактерий, ускоряющих биореакции. Они перерабатывают пятна нефти без остатка и, что важно, являются «коренными жителями» российских северных морей. Это значит, что при ликвидации разливов в арктической зоне водоросли можно спокойно оставить в воде — они не нанесут вреда морским экосистемам. Ученые планируют развивать технологию и в дальнейшем продвигать её для массового применения в местах нефтеразливов.

Микроорганизмы, «поедающие» нефть, использовали и исследователи из СибГУ им. М.Ф. Решетнева (г.Красноярск). В отличие от решения с водорослями, учёные изобрели решение, позволяющее собирать нефть и нефтепродукты с грунта. Это наиболее свежая разработка 2020 года, которую обнародовали сразу после экологической катастрофы в Норильске. Нефтеокисляющие микроорганизмы «посажены» на пористый материал, состоящий из органического вещества и полимера, с высокой нефтеёмкостью. Нефтепродукты связываются сорбентом, а затем микроорганизмы начинают активно размножаться, используя в качестве питательных веществ сами нефтепродукты и органическое вещество сорбента. Плюс такого решения в том, что биосорбент не требует сбора и утилизации, а разлагается, точнее, «съедается» вместе с нефтью. Биосорбент безвреден для окружающей среды, и даже помогает растениям лучше расти: исключительно полезное свойство!

Влада Заболотских, которая также участвовала в разработке биосорбентов на основе микроорганизмов, подчёркивает: «Микроорганизмы-биодеструкторы позволяют утилизировать нефтяные загрязнения на месте, превращая их в простые нетоксичные компоненты. Но обычное применение таких биопрепаратов методом распыливания малоэффективно. Помещённые на сорбентах, эти препараты гораздо эффективнее: микроорганизмы, разрушающие нефть, прекрасно размножаются в порах сорбента, используя нефтепродукты в качестве источника питания. Кроме того, важно, что в качестве сорбентов мы применяем варианты, которые вторично не загрязняют водоёмы».

В общем, наука готова предложить свою помощь в ликвидации экологической катастрофы в Норильске. Главное, чтобы у «Норникеля» возникло желание эту помощь принять.

Источник: https://нацпроектэкология.рф/sobrat-i-obezvredit-kak-innovatsionnye-sorbenty-mogut-pomoch-pri-katastrofakh-podobnykh-norilskoy/