Результат интеллектуальной деятельности: Способ использования рисовой шелухи в качестве нефтесорбента

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности, может быть использовано в аридных условиях для восстановления нефтезагрязненных земель.

Известен способ получения нефтесорбента (патент RU №2430776, дата публикации 10.10.2011 г.), используемый в качестве прототипа. Данный способ заключается в том, что кожевенную пыль обрабатывают в режиме интенсивной аэрации до достижения удельного веса 0,06-0,12 г/см³. Аэрированную кожевенную пыль предлагалось использовать как для очистки поверхности воды от нефтяной пленки, так и для сорбции нефти на почвогрунтах с последующей культивацией почвы и биодеградацией углеводородов нефти в почвенный гумус. Биодеградацию углеводородов нефти при использовании заявленного нефтесорбента осуществляют при температуре почвы 12-40°C в течение 60-90 дней.

К недостаткам этого способа можно отнести высокий удельный вес используемой кожевенной пыли, обуславливающий ее низкую плавучесть.

Техническим результатом, на достижение которого направлено созданное нами изобретение, является использование эффективного сорбционного материала для поглощения нефтепродуктов из загрязненных почв на основе рисовой шелухи. Использование рисовой шелухи, являющейся потенциальным местным сырьем для производства сорбентов, позволяет совместить ликвидацию отходов сельскохозяйственного производства с природоохранной деятельностью.

Указанный результат достигается при помощи способа использования рисовой шелухи в качестве нефтесорбента на нефтезагрязненных землях следующим образом: определение ареала и глубины загрязнения почв, определение типа почвы, вида нефтяного загрязнения, отбор и проведение лабораторных исследований по определению концентрации нефти и нефтепродуктов, внесение рисовой шелухи в почву в зависимости от степени загрязнения (1 кг рисовой шелухи поглощает от 5 до 9 кг нефти и нефтепродуктов), создание оптимального режима увлажнения и аэрации почв путем частого перемешивания при высокой температуре 35-40°C, способствующей интенсивному разрушению нефтепродуктов, внесение полуперепревшего навоза в дозе 40-60 т/га.

Рисовая шелуха по доступности и дешевизне является наиболее эффективным деструктором нефти и нефтепродуктов, а также многотоннажным отходом рисоводства. В этой связи представляется целесообразным использование рисовой шелухи в качестве регулятора процесса самоочищения почвы от нефтепродуктов.

Почва, загрязненная нефтью, практически не способна самостоятельно очиститься от загрязнения, т.к. естественное разложение нефти и нефтепродуктов происходит крайне медленно и высокие концентрации углеводородов подавляют всякую самоочищающую активность почвы, в экосистеме накапливаются трудноокисляемые продукты, препятствующие самоочищению и самовосстановлению. Естественное самоочищение природных объектов от нефтяного загрязнения является длительным процессом, особенно в аридных условиях. В связи с этим разработка способов очистки почвы от загрязнения углеводородами нефти является одной из важнейших задач при решении проблемы снижения антропогенного воздействия на окружающую среду.

Рисовая шелуха представляет собой волокнистое вещество, в составе которого содержится влага, лигнин, целлюлоза, пентозаны, небольшое количество белка и витаминов, кремнезем, органическое вещество составляет около 70-85%.

Рисовая шелуха является продуктом переработки сырья растительного происхождения. По степени очистки сорбент на основе рисовой шелухи обеспечивает высокую степень очистки почв от нефтепродуктов. Кроме того, одним из преимуществ сорбента является небольшое количество примесей, большое содержание углерода, поэтому по своему строению близок к активным углям, а разветвленное строение диоксида кремния придает ему прочность и термическую устойчивость.

Восстановление загрязненных нефтью земель является многоэтапным процессом, причем каждая стадия соответствует определенной последовательности естественной геохимической и биологической деструкции поступивших в почвы нефтяных углеводородов.

Длительность процесса деградации нефти зависит от почвенно-климатических зон и наблюдается от нескольких месяцев до нескольких десятков лет.

При отборе образцов нефтезагрязненной почвы устанавливается:

- глубина проникновения нефти в почву;

- возможность вымывания нефти из почв в водоносные горизонты;

- область распространения нефти в пределах загрязняемого водоносного слоя;

- причины загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами.

В лабораторных условиях образцы нефтезагрязненных почв смешивали с рисовой шелухой в различных соотношениях с тем, чтобы определить эффективность действия сорбента на почву в качестве разрыхлителя. Для создания благоприятных условий равномерного смешения почвы с шелухой смачивали их водой, поскольку тесный и равномерный контакт способствует интенсивному разрушению нефтепродуктов. С целью ускорения процессов разрушения нефтепродуктов применяли аэрацию почв и ее увлажнение, а в случае сильного загрязнения перемешивали с незагрязненной почвой. Для стимулирования деятельности микроорганизмов рекомендуется применять органические удобрения. Эффективность рекомендуемого способа восстановления нефтезагрязненных почв повышается, когда наряду с рисовой шелухой вносится полуперепревший навоз в дозе 40-60 т/га, способствующий восстановлению почвенного покрова. Процесс биологического разрушения нефтепродуктов происходил интенсивно из-за высокой температуры окружающей среды до 35-40°C.

При выборе того или иного вида сорбента следует учитывать нефтепоглощающую способность растительных отходов, т.к. нефтеемкость производимого сорбента зависит от изначальной нефтеемкости чистого сырья. Нефтепоглощающая способность рисовой шелухи варьирует от 5 до 9 кг, т.е. 1 кг рисовой шелухи может поглотить от 5 до 9 кг нефти и нефтепродуктов. Также к основным факторам, характеризующим качество сорбентов, относится поглощение ими воды. При впитывании влаги растительные сорбенты увеличивают вес, в результате чего ухудшается их плавучесть и нефтеемкость. Результаты опытов показали, что в зависимости от времени и частоты перемешивания загрязненной почвы с рисовой шелухой, а также при создании оптимального режима увлажнения постепенно начинает теряться запах нефтепродуктов и цвет почвы становится светлее.

Через 3-4 недели было отмечено, что почва начала светлеть, а запах нефти уменьшился. Исследования показали, что органолептические и качественные показатели состояния почвы подтверждают, что рисовая шелуха является эффективным сорбентом для загрязненной почвы, способствующим интенсивной деградации нефтепродуктов. Рисовая шелуха создает воздушное пространство внутри почвы и способствует интенсивному окислению нефтепродуктов кислородом воздуха. Следовательно, существенную роль в интенсивном окислении и деградации нефти и нефтепродуктов играет рисовая шелуха, т.к. наблюдается процесс аэрирования загрязненных слоев почвы.

Наблюдения показывают, что интенсивность разложения нефтепродуктов в почве, главным образом, зависит от количества рисовой шелухи, температуры среды, глубины аэрации почвы, времени перемешивания, влажности и т.д. При этом интенсивность разрушения нефтепродуктов повышается по мере увеличения количества рисовой шелухи в составе почвы, что способствует увеличению ее пористости. На интенсивность окисления также положительно влияет частота перемешивания почвы, что является дополнительным способом доставки кислорода воздуха в низлежащие нефтезагрязненные горизонты.

Наряду с этим существенную роль в разрушении нефтепродуктов в почвах выполняют микроорганизмы. На разложение нефти в почве влияет функциональная активность почвенных микроорганизмов, обеспечивающих полную минерализацию нефти и ее компонентов до углекислого газа и воды. На первой стадии разложения нефтепродуктов наблюдается изменение почвенной биоты, характеризующееся массовой гибелью мезо- и микрофауны. На второй стадии отмечается высокая микробиологическая активность микроорганизмов и последующая постепенная эволюция биоценоза. Аэробное разложения клетчатки протекает в хорошо аэрируемых слоях почвы. Здесь она разлагается аэробными микроорганизмами, вовлекаясь в общий кругооборот углерода в природе. Особенно много аэробных организмов, разлагающих клетчатку, в окультуренных пахотных почвах, удобренных навозом.

Рисовая шелуха защищает почву от солнечных лучей, предохраняет верхние слои от перегрева и высыхания, что позволяет поддерживать постоянную температуру. Рисовая шелуха, внесенная в поверхностные слои почвы, создает благоприятные условия для организмов, обитающих в почве, при этом оптимизируя ее структуру и повышая влажность. В результате значительно улучшаются физические показатели почвы и, следовательно, ее способность удерживать питательные вещества и влагу.