EXPERIMENTAL OBTAINING OF NEW PETROLEUM SORBENTS FROM POLYMER WASTES

Full Text

В настоящее время биосфера подвергается воздействию различных видов загрязнений, среди которых представляет значительную экологическую опасность загрязнение нефтью и нефтепродуктами [6, 7, 14, 17].. По официальным данным, только в России каждый год на магистральных нефтепроводах, в том числе и на подводных переходов магистральных нефтепроводов через водные преграды, происходит около 10 тысяч аварий. Основными причинами аварий на водных объектах являются коррозия магистральных нефтепроводов и нарушение требований к эксплуатации трубопроводов [6, 7, 17]. Наибольшую трудность при ликвидации последствий аварийных разливов нефти составляет сбор остаточной пленки нефти. При несвоевременном обнаружении аварийного выхода нефти на водную поверхность нефтяная пленка может растянуться до нескольких километров и оказывать негативное воздействие на флору и фауну водного объекта, представляя непосредственную угрозу для жизни животных, птиц и здоровья людей [2, 7]. Для сбора тонкой пленки нефти на поверхности воды наиболее эффективны сорбенты. Чаще всего на практике используют сорбенты природного происхождения (торф, опилки). Они обладают высокой сорбционной способностью, гидрофобны и имеют низкую рыночную стоимость. Однако, для их сбора после завершения процесса адсорбции требуется высокая трудозатратность и есть риск оседания части сорбентов вместе с нефтью на дно. Кроме того, возникает дополнительная проблема дальнейшей утилизации нефтесодержащих отходов [1, 2, 3, 5, 15]. В нашей работе мы обратили особое внимание на синтетические сорбенты (пенополистрол, полипропилен), которые можно получать при переработке полимерных отходов. На их основе мы предполагаем производить маты, позволяющие не только быстро собрать с поверхности воды нефтяную пленку, но и оперативно поднять сорбционный материал с поверхности воды без ее вторичного загрязнения и после регенерации вновь использоваться для снятия плёнки [4, 5, 15]. Теоретический анализ существующих методов и материалов сбора нефти с поверхности воды показал, что для сбора остаточной пленки нефти/НП с поверхности водного объекта используют в основном нефтесорбенты (опилки, торф др.) или сорбционные материалы (маты, салфетки и др.) [1,2.3,17]. Как известно нефтесорбенты делятся на 3 основные категории: органические; неорганические; синтетические [1]. К органическим нефтесорбентам относятся: солома, опилки, торф, куриный пух, перья, зерновая шелуха, дробленая скорлупа орехов, угольные продукты и др. Их основными достоинствами являются доступность, низкая себестоимость, возможность сжигания и биодеградации, а также способность впитывать нефть от 5 до 15 раз превосходящий свой вес. Недостатком является плохая гидрофобность; некоторые сорбенты теряют плавучесть и приводят к вторичному загрязнению водного объекта, поэтому возникает необходимость держать их в сетках или мембранах. К неорганическим нефтесорбентам относятся: снег, перлит, стеклянная вата, вулканическая пемза и т.д. Достоинствами являются часто невысокая цена, способность впитывать нефть от 4 до 20 раз превосходящий свой вес. Недостатки: не сжигаются и не биодеградируют, необходимо применять в мембранах во избежание рассеивания, опасны для дыхания, необходимо применять СИЗ. К синтетическим нефтесорбентам относятся: полиуретан, полиэтилен, полипропилен, формальдегидная пена и др. Их главными достоинствами является то, что они могут полностью собрать остаточную пленку нефти/НП с поверхности водного объекта и при этом забрать минимальное количество воды. Кроме того, они достаточно легки и просты в обращении. Недостатками синтетических нефтесорбентов является то, что после сбора нефти/НП они могут быть очень тяжелыми, что вызывает трудности при их сборке и транспортировке, а также возникает сложность их дальнейшей утилизации. Принцип действия нефтесорбентов основан на 2-х типах взаимодействия нефти и сорбента: абсорбция - объемное поглощение нефти и адсорбция - поверхностное поглощение нефти [15]. Для определения качества сорбентов, используемых при сборе нефти/НП с водной поверхности, используют 3 основных показателя: нефтепоглощение, водопоглощение, плавучесть. Эффективность нефтесорбентов оценивают в первую очередь по значению нефтеемкости. Водопоглащение, если оно имеется у сорбентов, можно снизить (исключить) практически у всех материалов путем применения дополнительной гидрофобизации. Материалы, имеющие низкую плавучестью, могут эффективно применяться в изделиях с армирующей оболочкой - бонах, матах, салфетках и др. [15, 16]. В таблице 1 приведены свойства некоторых сорбционных материалов, которые используются при сборе нефти/НП или служат основой для получения нефтесорбентов. Из таблицы 1 видно, что наиболее эффективными по 3 основным показателям являются синтетические нефтесорбенты, в частности, имеющие волокнистую структуру. Как правило, их структура пространственно неориентированная, что позволяет нефти/НП контактировать с большой поверхностью в единицу времени. В процессе поглощения нефти/НП волокна нефтесорбентов способны раздвигаться, создавая специфическую структуру сорбент-нефть/НП, которая после сбора нефти/НП позволяет отжимать её до 94%. Для повышения эффективности очистки воды от нефти/НП на практике также используются биопрепараты (биосорбенты), представляющие собой массу жизнеспособных клеток микроорганизмов-биодеструкторов. Они различаются между собой применяемыми для их получения штаммами биодеструкторов, которые характеризуются разными свойствами: термотолерантность, осмофильность, значения рН, а также способность включаться в метаболические процессы разных классов углеводородов. Те или иные свойства биосорбентов выбираются в зависимости от климатической зоны проведения работ и химического состава удаляемого загрязнения. При проведении работ по ликвидации последствий аварийного разлива нефти/НП на водных акваториях не менее важной задачей является сбор и перевозка загрязненных нефтью/НП отходов с места проведения работ. В зависимости от метода сбора нефти/НП с водной поверхности и вида применяемых сорбентов образуются разные виды отходов [3, 5]. Как показывает практика, при использовании для сбора нефтяной пленки природных сорбентов, таких как торф, опилки и т.д., количество отходов образуется в 20-30 раз больше первоначального объема разлитой нефти/НП. Многократное использование сорбентов возможно только при использовании синтетических сорбционных материалов. Однако после нескольких отжимов емкость данных сорбентов уменьшается, а их структура необратимо деформируется. Поэтому возникает вопрос их дальнейшей утилизации. Размещение мест хранения должно быть тщательно спланировано. Как правило, они должны размещаться выше уровня воды в спокойном состоянии, при весеннем половодье и конечной точки штормовой воды, чтобы обезопасить отходы от смыва. Твердые отходы чаще всего собираются вручную и хранятся в зависимости от места проведения работ (на берегу/в море) в специальных мешках, герметичных бочках или во встроенных судовых емкостях, баржах и камерах, до окончания проведения работ. Затем с помощью автопогрузчиков или самосвалов они вывозятся в специализированную организацию для их дальнейшей переработки/ утилизации [3, 6].. Наиболее распространенным способом утилизации нефтесодержащих отходов является их термическая обработка, в частности, сжигание, которое может быть использовано для утилизации любых видов отходов (жидких, твердых и пастообразных). Однако, сжигание нефтезагрязненных сорбентов сопровождается образованием высокотоксичных канцерогенных веществ, поэтому при выборе данного способа утилизации, сжигание сорбентов, особенно синтетических, необходимо проводить в специальных печах при достаточно высокой температуре, чтобы избежать образования токсичных веществ и попадания их в окружающую среду. НЕФТЕСОРБЕНТЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ В настоящее время отходы полимерных материалов находят все большее применение в производстве различных изделий, в том числе и при создании синтетических сорбентов для очистки сточных вод и поверхности водного объекта от нефти/НП [4, 13]. Изготовление нефтесорбентов из бытовых и промышленных отходов одновременно позволяет решать вопросы утилизации образующихся отходов и очистки воды от нефтяных загрязнений. Кроме того, доступность и дешевизна такого сырья позволяют значительно снизить себестоимость синтетических нефтесорбентов и расширить масштабы их применения для решения экологических задач. В ряде работ получены новые эффективные сорбенты из полимерных отходов [8]. Получен порошковый сорбент из отходов пенополистирола с добавлением вспученного перлита. Размер частиц порошка составляет менее 100 мкм. Сорбционная емкость такого сорбента составляет 5-6 г/г нефти/НП. Авторами [12] создан сорбционный пористый материал, полученный с помощью смешения природного минерала (перлит, трепел, диатомит или их смесь) в измельченном виде с гидрофобным термопластичным полимером (отходы полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида) в виде порошка. Исходное сырье смешивалось в соотношении 100:25-135 весовых частей минерала к весовым частям полимера соответственно, с последующим формованием при температуре плавления изделий различной конфигурации. Эффективность очистки воды от нефти и НП данным сорбентом составляет 99,6-99,8 %. При производстве сорбентов часто используют полимерные отходы в качестве связующего или гидрофобизатора. Известен сорбент для очистки воды от нефти/НП, содержащий природный наполнитель (мох, торф) и как полимерное связующее - сверхвысокомолекулярный полиэтилен. Степень очистки от нефти/НП такого сорбента составляет 99,0 %. После завершения процесса сорбции материал собирают механическим способом и утилизируют путем сжигания [10]. Также известен сорбент, представляющий собой волокнистый целлюлозный материал на основе отходов текстильного производства (массовая доля равна 93-97 %), обработанный окисленным атактическим полипропиленом. Нефтеемкость данного сорбционного материала достигает значений до 27 г/г. Одним из его преимуществ является то, что он способен выдержать значительное количество циклов регенерации [9]. Автором [11] приведены результаты исследования по термической обработке полимерных деталей автомобилей, выполненных из поликарбоната и полипропилена, с получением активных углей. Сорбционные характеристики полученного сорбента получились аналогичными сорбционным характеристикам активных углей, применяемых на практике очистки воды. В результате исследований автором были предложены сорбционные материалы на основе утилизируемых автополимеров. В работе [15] исследованы нефтяные сорбенты, при разработке которых использовался твердый остаток, образующийся в результате низкотемпературного пиролиза изношенных автомобильных шин. Полученные нефтесорбенты испытывали по методикам ГОСТ 4453-74 «Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный». Ученые определяли сорбционную емкость относительно следующих индикаторов: метиленового синего, метилового красного и метилового оранжевого. Результаты исследований показали, что твердый остаток пиролиза автомобильных покрышек имеет достаточно высокую сорбционную активность, что подтверждает целесообразность использования данных видов отходов в качестве сорбента для очистки сточных вод и поверхности водного объекта от нефти/НП. Патентный анализ способов и технологий получения нефтяных сорбентов показал, что среди способов очистки нефтезагрязненных вод существуют различные способы модификации синтетических и природных сорбентов [8-12]. Особое внимание было обращено на работы, в которых были получены результаты показывающие, что при добавлении к природным сорбентам полимерных связующих повышается их способность к нефтепоглощению. В продолжении этих исследований, принято решение выяснить возможность получения эффективного нефтесорбента на основе различных полимерных отходов. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ НЕФТЕСОРБЕНТОВ ИЗ ВТОРИЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ В рамках данной работы проведены экспериментальные исследования по созданию нефтесорбентов из вторичных материалов полимерных отходов. Цель данного эксперимента - исследование сорбционных свойств вторичных полимерных материалов и выбор наилучшего сорбента для сбора пленки нефти/НП с водной поверхности. Эксперимент состоял из 2 основных этапов: 1. Изучение физических свойств вторичных материалов в качестве сорбентов, а именно, их гидрофобность, плавучесть; 2. Получение нефтяных сорбентов путем проведения термической модификации «отходов» и сравнение их сорбционных свойств в целях выбора наилучшего нефтесорбента. В рамках работы проведены исследования физических свойств вторичных материалов мусороперерабатывающих заводов ООО «Повтор» г. Тольятти и ООО «ТНП СЕРВИС» г. Самара, а именно, волокно, полученное из ПЭТФ-бутылок, и резиновая крошка, полученная из автомобильных покрышек. На рисунке 1 представлено волокно из ПЭТФ-бутылок, производимое мусороперерабатывающим заводом ООО «Повтор» г. Тольятти. Резиновая крошка разного диаметра была получена на ООО «ТНП СЕРВИС» г. Самара. Резиновая крошка использовалась 4-х фракций: фр.1 - от 0,1 до 1 мм; фр 2 - от 1 до 3 мм; фр.3 - от 3 до 5 мм»; фр.4 - от 0,5 до 1 см. Для анализа и сравнения физических свойств вторичных материалов были взяты 6 емкостей с водой. В первые 4 емкости последовательно насыпали резиновую крошку 4-х фракций, в 5 емкость поместили волокно, а в 6 - композит из волокна и резиновой крошки первой фракции (d=0,1-1 мм). Результаты исследований физических свойств вторичных материалов ООО «ТНП СЕРВИС» и ООО «Повтор» приведены в таблице 2 На рисунке 2 приведена зависимость плавучести резиновой крошки от ее диаметра. Как видно из диаграммы, с уменьшением диаметра резиновой крошки их плавучесть растет. Таким образом, в результате проведенных исследований физических свойств вторичных материалов можно сделать следующие выводы: 1. Наилучшей плавучестью и гидрофобностью обладает резиновая крошка диаметров менее 1 мм. 2. Полимерное волокно из ПЭТФ-бутылок не впитывает воду (гидрофобно), но на поверхности воды не держится и идет ко дну. 3. У композита, созданного из полимерного волокна и резиновой крошки диаметром менее 1 мм, отмечается гидрофобность и достаточно высокая плавучесть. СОЗДАНИЕ НЕФТЕСОРБЕНТОВ ИЗ ВТОРИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СРАВНЕНИЕ ИХ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ Для проведения экспериментальных исследований по созданию нефтесорбентов из вторичных материалов были созданы одинаковые условия. Приготовлены 8 образцов сорбентов: Сорбент №1 - резиновая крошка фр. 0,5-1 см; Сорбент №2 - резиновая крошка фр. 3-5 мм; Сорбент №3 - резиновая крошка фр. 1-3 мм; Сорбент №4 - резиновая крошка фр. 0,1-1 мм; Сорбент №5 - полимерное волокно + резиновая крошка фр. 0,5-1 см; Сорбент №6 - полимерное волокно + резиновая крошка фр. 3-5 мм; Сорбент №7 - полимерное волокно + резиновая крошка фр. 1-3 мм; Сорбент №8 - полимерное волокно + резиновая крошка фр. 0,1-1 мм. Резиновая крошка и полимерное волокно взвешивались на технических весах: вес крошки - 10 г., волокна - 0,01 г. Образцы сорбентов были помещены в чашки Петри и отправлены в муфельную печь для термической модификации. На рисунке 3 представлены исследуемые образцы сорбентов. В муфельной печи образцы сорбентов нагревались в течение 30 минут при 1100С. Это было необходимо для сцепления сорбентов и вспенивания резиновой смеси (увеличение порообразования). После термической обработке были проведены исследования сорбционных свойств полученных сорбентов. Для этого были использованы следующие материалы и оборудование: - 8 емкостей с водой объемом 250 мл; - вытяжной шкаф; - пипетка; - нефть АО «Транснефть-Дружба». В целях соблюдения техники безопасности и во избежание отравления парами нефти, эксперименты проводились в вытяжном шкафе. Емкости с водой были помещены в шкаф и с помощью пипетки в каждую емкость было добавлено по 5 мл нефти. Последовательно в каждую емкость на нефтяную пленку добавлялись образцы сорбентов (рисунок 4). При нанесении образца сорбента № 1 на нефтяную пленку, сорбентом поглотилось около 65 % нефти, остальные 35 % оттолкнулись к стенкам емкости и разделились на отдельные нефтяные пятна по всей поверхности воды. Побочных реакций нет. Вторичного загрязнения воды не отмечается. При нанесении образца сорбента № 2 на нефтяную пленку, сорбентом поглотилось около 75 % нефти, остальные 25 %, как и в случае с сорбентом №1, оттолкнулись к стенкам емкости и разделились на отдельные нефтяные пятна по всей поверхности воды. Побочных реакций нет. Вторичного загрязнения воды не отмечается. При нанесении образца сорбента № 3 на нефтяную пленку поглотилось около 85% нефти, остальные 15% оттолкнулись к стенкам емкости. На поверхности воды также наблюдаются небольшие отдельные нефтяные пятна. Побочных реакций нет. Вторичного загрязнения воды не отмечается. При нанесении образца сорбента № 4 на нефтяную пленку наблюдали следующую картину: нефть за доли секунды полностью локализовалась и поглотилась сорбентом. Побочных реакций не наблюдалось. Присутствовал запах резины и нефти. С течением времени нефть продолжала удерживаться сорбентом. Вторичного загрязнения воды не отмечается. При нанесении образца сорбента № 5 на нефтяную пленку, сорбентом поглотилось около 75 % нефти, остальные 25 % оттолкнулись к стенкам емкости. На поверхности воды наблюдаются небольшие отдельные нефтяные пятна. Побочных реакций нет. Благодаря сцеплению полимерного волокна с резиновой крошкой сорбент №5 держался на поверхности воды в течение всего времени испытаний. Вторичного загрязнения воды не отмечается. При нанесении образца сорбента № 6 на нефтяную пленку, сорбентом поглотилось около 80% нефти, остальные 20 % оттолкнулись к стенкам емкости. На поверхности воды наблюдаются мелкие крапинки нефти. Побочных реакций нет. Как и в случае с сорбентом № 5 сорбент № 6 приобрел один из основных качеств - плавучесть. Вторичного загрязнения воды не отмечается. При нанесении образца сорбента № 7 на нефтяную пленку, сорбентом поглотилось около 85% нефти, остальные 15 % оттолкнулись к стенкам емкости. На поверхности воды наблюдаются мелкие крапинки нефти. Побочных реакций нет. Сорбент № 6 также благодаря сцеплению волокна с резиновой крошкой приобрел один из основных качеств - плавучесть. Вторичного загрязнения воды не отмечается. При нанесении образца сорбента № 8 на нефтяную пленку наблюдали следующую картину: нефть за доли секунды почти полностью локализовалась и поглотилась сорбентом (около 95%). Около 5 % нефти оттолкнулось к стенкам ёмкости. Отдельных мелких пятен нефти на поверхности воды не наблюдается. Присутствовал небольшой запах резины и нефти. Сорбент № 8 также благодаря сцеплению волокна с резиновой крошкой приобрел новое качество - плавучесть. Побочных реакций нет. С течением времени нефть продолжала удерживаться сорбентом. Вторичного загрязнения воды не отмечается. На рисунке 5 представлены результаты исследований полученных образцов сорбентов на нефтепоглощение. Таким образом, в результате проведенных экспериментальных исследований по созданию нефтесорбентов из вторичных материалов полимерных отходов в соответствии с поставленными задачами можно сделать следующие выводы: 1. Вторичные материалы могут являться отличным сорбционным материалом для сбора нефти/НП с поверхности водного объекта. 2. Эксперименты показали, что наилучшими сорбционными свойствами обладает резиновая крошка мелкой фракции. Она полностью гидрофобна, имеет отличную плавучесть и 100% нефтепоглощение за короткий период времени (1-2 сек.). 3. Полимерное волокно из ПЭТФ-бутылок не держится на поверхности воды и идет ко дну, однако в композиции с резиновой крошкой отличается высокой степенью нефтепоглощения и приобретает новой качество - плавучесть. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА СОРБЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ВТОРИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В рамках данной работы предложена технологическая схема производства сорбционных матов для сбора нефти/НП с водной поверхности на основе резиновой крошки. Производство сорбционных матов включает в себя 2 этапа: 1. Получение резиновой крошки путем переработки изношенных автомобильных покрышек; 2. Производство сорбционных матов. На рисунке 6 представлена технологическая блок-схема переработки автомобильных покрышек с получением резиновой крошки. Технологический процесс переработки покрышек заключается в следующем: пакет автошин 1 посредством узла ручной подачи поступает в зону резания иглофрезы 2, где происходит процесс измельчения покрышек в крошку. Далее резиновая крошка вместе с металлокордом с помощью транспортёра 4, размещенного непосредственно под иглофрезой, подаётся в инерционную ловушку 5. Ловушка представляет собой металлический короб, в котором происходит разделение металлокорда и резиновой крошки. Металлокорд 6 вместе с крупными кусками протектора извлекается из ловушки и по транспортёру попадает в ёмкость 7. Крошка по воздуховоду 8 поступает в циклон 9, где происходит очистка воздуха от включений под действием центробежных сил. Осаждённая в циклоне резиновая крошка через шлюзовой затвор 10 поступает в магнитный сепаратор 11, где происходит ее отделение от оставшихся частиц металла. Оставшиеся частицы металла после сепаратора поступают в ёмкость 12, а резиновая крошка направляется в текстильный сепаратор 13, где происходит ее отделение от включений тканевого корда, после чего тканевый корд поступает в специальную ёмкость для текстиля 14, а резиновая крошка - на вибросито 15, где происходит ее разделение по фракциям. Для сцепления резиновой крошки и получения высокопористого сорбционного материала предлагается использовать способ вспенивания резиновой смеси - вулканизацию в автоклаве с применением углекислого аммония в качестве пенообразователя. Процесс обработки в автоклаве разделяется на 3 стадии. Первая стадия начинается подачей пара в автоклав и заканчивается выравниванием температур изделия и теплоносителя. Вторая стадия характеризуется постоянной температурой и давлением в автоклаве. Третья стадия начинается с момента прекращения подачи пара, включая период остывания изделия в автоклаве, до момента его выгрузки. Для производства сорбционных материалов с высокопористой структурой необходимо создать определенные условия. Для получения мелкопористой структуры скорость раздувания сорбента в автоклаве должна отставать от скорости его вулканизации, что регулируется специально подобранными значениями давления, температуры и временем выдержки изделия. При отставании скорости вулканизации от скорости раздувания сорбент получается с неравномерными огромными порами, вследствие чего нефть/НП не будет удерживаться внутри сорбента и вытекать обратно на поверхность воды. Кроме того, мелкопористые резины являются мягкими, что позволяет сделать из них рулонные сорбенты многоразового использования. На рисунке 7 представлена технологическая блок-схема производства сорбционных матов. Технологический процесс производства сорбционных матов из резиновой крошки заключается в следующем: из расходной емкости 1 резиновая крошка поступает по транспортеру 2 в автоклав 3. В автоклаве запускается процесс подачи пара, поднимая температуру до 200 0С. Затем в течение часа под давлением около 30 МПа проходит изотермическая выдержка, при этом пар продолжает подаваться для компенсации потерь теплоты. После изотермической выдержки подачу пара прекращают и приступают к охлаждению изделия, снижая при этом давление до атмосферного. В результате происходит интенсивное порообразование. После автоклава материал проходит поперечную прокатку между верхним 4 и нижним валком 5. Затем с помощью ходового ножа 6 сорбционный мат отрезается определенных размеров и направляется в емкость 7. Таким образом, в результате данного технологического процесса получаются сорбционные маты на синтетической основе, предназначенные для оперативного их размещения на водной поверхности с целью сорбционной очистки любого водного объекта от нефти/НП. Также данные маты могут быть использованы для защиты от загрязнения нефтью/НП локальных участков водных объектов, их береговых линий, портовых и других сооружений, а также для защиты технологического оборудования при появлении утечек. Он может применяться на любом предприятии, связанного с нефтью/НП: нефтедобывающие организации, НПЗ, нефтебазы, нефтеналивные станции, речные и морские порты, суда и др. Сорбционные маты на синтетической основе являются изделиями многоразового использования. Процесс их установки следующий: сорбционный мат размещается таким образом, чтобы он максимально точно закрывал нефтяное пятно. При видимом наполнении мата нефтью/НП производится его замена на новый, а использованный подлежит регенерации на отжимном механическом устройстве. При потере сорбционных свойств мат подлежит утилизации. Складировать и хранить неиспользованные сорбционные маты следует в помещениях или под навесом, исключающих прямое попадание солнечных лучей. При соблюдении данных условий срок хранения матов не ограничен. Размеры матов могут быть подобраны по желанию заказчика. Для сорбционной очистки/защиты больших площадей водной поверхности по данной технологии могут производиться сорбирующие рулоны, длина которых регулируется в зависимости от аварийной ситуации. Кроме того, резиновая крошка, полученная при переработки изношенных покрышек, может снабжаться как отдельный вид продукции. Она имеет широкое применение в разных областях: 1. Производство уличной плитки. Данная плитка изготавливается из износостойкого резинового сырья, обладает такими свойствами, как износостойкость, прочность, ударопоглощаемость. 2. Производство покрытий для спортивных и детских площадок. Покрытия из резиновой крошки и полимерных связующих делают площадки антискользящими и безопасными для движений. Добавление резиновой крошки, полученной в результате переработки автомобильных шин, делает покрытия более износостойкими, практичными и долговечными. 3. Использование в качестве наполнителя для спортивного инвентаря (мешков, боксерских груш). 4. Использование в производстве укрывного строительного материала, например, уклонов (доля резиновой крошки составляет до 90%), заделки швов (доля резиновой крошки составляет до 50%), заделки стыков (доля резиновой крошки может составлять до 70%), самого покрытия (доля резиновой крошки составляет до 50%). 5. Использование в производстве отделочного строительного материала. Тиоколовая (полисульфидная) система, как стандартный материал и крошка (менее 1 мм) образуют стойкий укрывной материал, который можно использовать как отделочный и декоративный настенный материал. 6. Использование для дорожного покрытия. В подложку дороги закладывается смесь резиновой крупной крошки, металлокорда и текстильного корда до 50% по массе с добавлением минеральных добавок. Крошка, как модификатор асфальтобитума, является наружным рабочим слоем дорожного полотна. Преимуществами такого покрытия является существенное улучшение физико-механических характеристик дорожного покрытия, а именно, повышается стойкость к образованию трещин и увеличивается упругость, вследствие чего срок службы покрытий дорог увеличивается как минимум в 2-3 раза. 7. Использование для изготовления автомобильных деталей: бамперы, сальники, коврики, ручки и т. д. 8. Опоры магистральных трубопроводов. При замене имеющихся опор, расположенных в областях вечной мерзлоты, рентабельно изготавливать новые бетонные опоры с добавлением резиновой крошки, которая устойчива к воздействию низких температур. Образующиеся в процессе переработки шин металлический и текстильный корд также могут быть реализованы. Текстильный корд может сдаваться в строительную компанию, где его могут использовать в качестве утеплителя, связующего, армирующего компонента или специальной добавки, придающей эластичность и прочность строительным материалам. Металлический корд отправляется на реализацию в специализированные организации, имеющие соответствующие лицензии на обращение с данными видами отходов. При переработке автомобильных покрышек и производстве сорбционных матов в целях обеспечения безопасной жизнедеятельности рабочих должны соблюдаться безопасные условия труда. Расчет предотвращенного экологического ущерба показал, что срок окупаемости проекта составит 3 года. Расчет выполнен в программе MS Excel. В таблице 3 приведены результаты оценки экономической эффективности природоохранного проекта. В результате проведенного анализа можно с уверенностью констатировать, что данный проект является экономически рентабельным. Все рассчитанные коэффициенты PV, NPV, IRR, PI и T удовлетворяют тем условиям, при которых проект считается выгодным. Таким образом, производство сорбционных материалов на основе резиновой крошки по предложенной технологической схеме позволит не только утилизировать изношенные покрышки и предотвратить загрязнение окружающей среды продуктами разложения резины, но и получить значительную прибыль от реализации полученной на выходе продукции и от получаемого предотвращенного экологического ущерба в результате переработки отходов и введения в хозяйственный оборот захламленных участков земли. Вторичные материалы из полимеров могут служить отличным сырьем для производства сорбентов как в качестве основного компонента, так и в качестве синтетического связующего для улучшения или придания им новых сорбционных свойств. В результате проведенной работы установлено, что все исследуемые полимерные материалы являются гидрофобными, наилучшей плавучестью обладает резиновая крошка мелкой фракции. Проведенные эксперименты по сбору пленки нефти с водной поверхности сорбентами из полимерных отходов и их композитов показали, что наилучшими сорбционными свойствами обладает резиновая крошка мелкой фракции и композит из полимерного волокна и резиновой крошки мелкой фракции. Разработана и предложена технологическая схема производства сорбционных матов для сбора нефти/НП с поверхности водного объекта на основе резиновой крошки, включающая предварительную переработку изношенных шин в резиновую крошку с последующим производством на их основе сорбентов. Проведен эколого-экономический анализ природоохранного проекта. Анализ показал, что проект является экономически рентабельным. Производство сорбентов по предложенной схеме позволит не только утилизировать отход - покрышки пневматические отработанные, с минимальными рисками для окружающей среды и человека, но и получить при этом значительную прибыль. Таким образом, результаты экспериментов по созданию нефтесорбентов из вторичных полимеров и сравнение их физических и сорбционных свойств показали, что наилучшими сорбционными свойствами обладает резиновая крошка мелкой фракции, полученная при переработке изношенных автомобильных покрышек механическим способом, и композит, полученный из полимерного волокна ПЭТФ-бутылок и резиновой крошки мелкой фракции. В итоге была разработана технологическая схема производства сорбционных матов для сбора нефти/НП с поверхности водного объекта на основе резиновой крошки, включающая предварительную переработку изношенных шин в резиновую крошку с последующим производством на их основе сорбентов. Эколого-экономический расчет эффективности природоохранного проекта показал, что производство сорбентов по предложенной схеме позволит не только утилизировать отработанные покрышки с минимальными рисками для окружающей среды и человека, но и получить при этом значительную прибыль. Таблица 1. Свойства нефтяных сорбционных материалов [1, 16] Рис. 1. а) волокно из ПЭТФ-бутылок ООО «Повтор» г. Тольятти; б) Резиновая крошка ООО «ТНП СЕРВИС» г. Самара Таблица 2. Результаты исследований физических свойств вторичных материалов ООО «ТНП СЕРВИС» и ООО «Повтор» Рис. 3. Исходные образцы сорбентов Рис. 2. Зависимость плавучести резиновой крошки от ее диаметра Рис. 4. Результаты опытов по снятию нефтяной плёнки различными образцами сорбентов ( № 1 - № 8) Рис. 5. Нефтепоглощение образцов сорбентов Рис. 6. Технологическая блок-схема переработки покрышек: 1 - автошина; 2 - иглофреза; 3 - резиновая крошка; 4 - транспортёр; 5 - инерционная ловушка; 6 - металлокорд; 7 - ёмкость для металлокорда; 8 - воздуховоды; 9 - циклоны; 10 - шлюзовой затвор; 11 - магнитный сепаратор; 12 - ёмкость для металла; 13 - текстильный сепаратор; 14 - ёмкость для текстиля; 15 - вибросито Рис. 7. Технологическая блок-схема производства сорбционных матов: 1 - емкость для резиновой крошки; 2 - транспортер; 3 - автоклав; 4 - верхний валок; 5 - нижний валок; 6 - нож ходовой; 7 - емкость для сбора готовой продукции Таблица 3. Показатели экономической эффективности проекта

About the authors

Vlada Valentinovna Zabolotskikh

Samara Scientific Center of Russian Academy of Science

Email: Vlada310308@mail.ru
Candidate of Biology, Associate Professor, Research Fellow at the Engineering Ecology and of Ecological Monitoring Department

Andrey Vital'evich Vasilyev

Samara Scientific Center of Russian Academy of Science

Email: avassil62@mail.ru
Doctor of Technical Science, Professor, Head at the Engineering Ecology and of Ecological Monitoring Department

Liudmila Nikolaevna Pkletneva

Samara State Technical University

Email: pletneva2609@yandex.ru
Magistrate Student of “Chemical Technology and Industrial Ecology” Department of Samara State Technical University

References

Supplementary files