Поиски технических и технологических решений проблемы рационального использования отходов лесопиления выполняются многими авторами, что подтверждает актуальность данной проблемы. Краткие обзоры направлений использования отходов лесопиления приведены в статьях [1, 2, 8, 9, 10, 12]. В данной статье, как продолжение работы [1], обсуждается и обосновывается возможность использования опилок в качестве сорбента в локальных очистных сооружениях.
Необходимость использования локальных очистных сооружений объясняется тем экологически обусловленным требованием, чтобы мероприятия по освоению природных ресурсов, в том числе лесозаготовки, не сопровождались существенной деградацией окружающей среды как за счет привнесения в нее нехарактерных химических или биологических агентов, так и за счет механического или иного физического воздействия [3].
При рациональном природопользовании среда загрязняется слабо, не создавая непреодолимых препятствий к восстановлению за счет процессов саморегулирования. Виды загрязнений и их характеристики перечислены в цитируемой работе [3]. При этом нефтепродукты отнесены к особой группе загрязнителей гидросферы. Их растворимость в воде незначительна, поэтому накопление нефтепродуктов происходит на поверхности с образованием пленки. Установлено [3, с. 360], что при толщине нефтяной пленки более 0,1 мм замедляются как процессы проникновения атмосферного кислорода в воду, так и удаления углекислоты из воды.
Нефтепродукты оказывают отрицательное воздействие на гидросферу и литосферу, прежде всего на верхний плодородный слой, нарушая естественный обмен веществ как флоры, так и фауны [11].
Как известно [3], в настоящее время для очистки воды от нефтепродуктов применяются различные методы: механические, физико-химические, биохимические. В качестве сорбентов используются опилки, торф и другие, в том числе синтетические материалы.
Однако высокая стоимость синтетических сорбентов в значительной мере сдерживает их использование для извлечения загрязняющих веществ из водных сред, поэтому актуальной становится задача поиска альтернативных сорбционных материалов.
Опилки, в значительных объемах образующиеся при лесопилении [2], являются перспективным сорбционным материалом для извлечения нефти и продуктов ее переработки из водной и твердой поверхности. Однако, как показывает анализ литературных источников, следует согласиться с мнением авторов статьи [10, с. 233] о том, что количество исследований и, соответственно, публикаций в этой области весьма ограничено. Авторами [10] выполнено исследование нефтеемкости смеси опилок ясеня, содержащих частицы крупностью от 1 до 2 мм, насыпной плотностью 0,19 г/см3, влажностью 10,09 %, зольностью 0,76 %. Авторы правомерно отмечают, что низкая зольность является важным условием утилизации отработанного сорбента путем его использования в качестве топлива. Максимальная нефтеемкость в опытах авторов составила от 4,14 до 4,9 г/г, в зависимости от вида загрязнителя.
Применение в качестве сорбента необработанных или подготовленных по специальной технологии опилок способствует решению двух задач: уменьшение количества опилок, вывозимых на свалки вблизи лесопильных предприятий; получение недорогого (пусть и не максимально эффективного) сорбента для локальных очистных сооружений. При этом исчезает проблема регенерации использованного сорбента, поскольку выполнивший свою функцию сорбент в виде опилок с примесями нефтепродуктов может быть использован в качестве топлива.
Анализ работ по рассматриваемой проблеме [4, 5, 6, 7] показал, что наиболее целесообразной может быть конструкция двух- или многослойного фильтра, поскольку нефтепродукты, как отмечено выше, накапливаются в виде пленки на поверхности сорбента. Увеличение числа слоев фильтрующего материала приводит к увеличению площади поверхности, контактирующей с фильтруемыми стоками, и за счет этого может быть повышена степень очистки. С той же целью может быть использована предварительная подготовка опилок (фракционирование, гранулирование, термообработка и т.д.). Кроме того, в различных слоях многослойного фильтра могут быть использованы различные материалы, например, торф и опилки, что не препятствует окончательной утилизации этих материалов как топлива.
Для поглощения нефтепродуктов опилками необходимо определенное время. По экспериментальным данным работы [8] нефтеемкость опилок при 20°C через 5 и 60 минут после начала эксперимента составила, соответственно, 2,52 и 2,58 г/г.
В работе [9] изучена кинетика процесса сорбции двух видов катионных красителей древесными опилками из водных растворов. Были использованы древесные воздушно сухие опилки (влажностью примерно 14 %), с крупностью частиц не более 3,5 мм. В зависимости от технологии предварительной подготовки опилок и концентрации красителя степень сорбции составила от 90 до 98 %.
Автором по методике, изложенной в статье [1], были выполнены эксперименты по определению поглощения нефтепродуктов, с использованием в качестве сорбента воздушно сухих опилок хвойных пород без их предварительной подготовки. При этом были получены значения нефтеемкости (2,5 г/г), почти совпадающие с приведенными выше и указанными в статье [8]: 2,52 г/г. Тем самым подтверждается адекватность результатов данных опытов. В то же время, сравнение этих данных с нефтеемкостью опилок ясеня (от 4,14 до 4,9 г/г) [10] указывает на существенную зависимость сорбции от породы древесины.
Изложенные выше аспекты не исчерпывают всех задач, необходимых для решения указанной выше проблемы рационального использования отходов лесопиления не только в качестве сорбента локальных очистных сооружений, но и в других направлениях. Касаясь перспектив применения отходов лесопиления, отметим, например, исследование целесообразности использования древесные опилок, обработанных парафинами, полученными из нефтешламов, для тонкой очистки водных и ледовых полей северных морей от нефти и нефтепродуктов [12].
Работа выполнена в рамках реализации научных мероприятий
Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012–2016 гг.
Список литературы
1. Евстигнеев В.Д. О перспективах применения отходов лесопиления в качестве фильтрующего материала локальных очистных сооружений // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 9-3 (20-3). С. 52-56.
2. Андреев А.А., Зайцева М.И., Колесников Г.Н., Чалкин А.А. Технологии использования отходов лесопиления для устойчивого развития приграничных регионов на Севере России // В сборнике: Классический университет в пространстве трансграничности на Севере Европы: стратегия инновационного развития материалы Международного форума. Петрозаводский государственный университет. Петрозаводск, 2014. С. 3-6.
3. Сироткина Е. Е., Новоселова Л. Ю. Материалы для адсорбционной очистки воды от нефти и нефтепродуктов //Химия в интересах устойчивого развития. – 2005. – Т. 13. – №. 3. – С. 359-377.
4. СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги.
5. Михайлов А.В., Ким А.Н., Продоус О.А., Графова Е.О., Рублевская О.Н. Водоотведение и очистка поверхностного стока на торфяных фильтрах / Под общей редакцией А.В. Михайлова. // Санкт-Петербург. 2014. 134 с.
6. Графова Е.О. Воздействие загрязненных стоков автотрасс на придорожные территории // В сборнике: Инновационные системы отведения и очистки поверхностного стока с урбанизированных территорий материалы Международной научно-практической конференции. 2014. С. 68-73.
7. Графова Е.О., Гольденберг П.Г., Зайцева М.И. Совершенствование балансной схемы водопотребления деревообрабатывающего предприятия // Resources and Technology. 2014. Т. 11. № 2. С. 162-171.
8. Цомбуева Б.В. Применение природных материалов в качестве сорбентов для очистки почв от нефтяного загрязнения // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. С. 1800.
9. Сазонова А.В., Лямцев С.Е. Перспективы использования природных сорбентов для очистки сточных вод от техногенных загрязнений // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2015. № 3 (16). С. 80-85.
10. Денисова Т.Р., Шайхиев И.Г., Сиппель И.Я. Увеличение нефтеемкости опилок ясеня обработкой растворами кислот // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 17. С. 233-236.
11. Ивантер Э. В. Медведев Н. В. Экологическая токсикология природных популяций птиц и млекопитающих Севера М. Наука. 2007. 229 с.
12. Зайцев В.И., Карпиков А.В. Средства борьбы с нефтяными загрязнениями на шельфе северных морей // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 6 (101). С. 48-52.