Спосіб очистки мінеральних та штучних твердих поверхонь від нафтопродуктів

Реферат: Спосіб очистки мінеральних та штучних твердих поверхонь від нафтопродуктів, який передбачає створення шару біомінеральної композиції на забрудненій поверхні, причому забруднена поверхня із шаром біомінеральної композиції експонується протягом 5-30 діб в умовах, що перешкоджають випаровуванню вологи, та з подальшим видаленням залишків біомінеральної композиції. UA 107757 U (12) UA 107757 U UA 107757 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі екології та екологічної безпеки, а саме до очистки мінеральних та штучних поверхонь від нафтопродуктів. Спосіб, що пропонується, в літературі не описаний. Для видалення нафти та нафтопродуктів з поверхні твердих тіл, зазвичай використовуються різноманітні розчинники та піни. До складу цих розчинників входять поверхнево-активні речовини (ПАР) та речовини, які послаблюють адгезію нафтопродуктів до твердих поверхонь. Істотним недоліком цього методу є використання речовин, які при взаємодії з нафтопродуктами утворюють сполуки більш небезпечні для навколишнього середовища, ніж нафтопродукти. Ці недоліки можуть бути значно зменшені, якщо використовувати промислові препарати, до складу яких входять мікроорганізми, що здатні трансформувати нафтопродукти в мінеральні та малотоксичні органічні речовини. Серед великої кількості біодеструкторів, що випускаються в світі, в Україні випускаються "Еколан-М", "Еконадін", "Родекс-Т" та ін. (1-7), які складаються з консорціуму нафторуйнуючих мікроорганізмів, інокульованих на поверхню торфу. Ці препарати призначені для використання в ґрунтах та на поверхні води. Істотним недоліком мікробіологічних біодеструкторів є незначна адгезія до мінеральних та штучних поверхонь. Недоліки цих препаратів можливо мінімізувати завдяки способу що пропонується. Найближчим аналогом до заявленого способу є спосіб очистки водної або твердої поверхні від гідрофобних забруднень за допомогою магнітної піни (8) Патент RU 2226233 від 27.03.2004. Згідно з патентом гідрофобні забруднення видаляються з поверхні твердого тіла за допомогою рідкої магнітної піни, створеної в місці використання із відомих компонентів стандартними методами, яка потім збирається магнітними підбирачами і руйнується з видаленням поглинених гідрофобних забруднень. Як компоненти для створення піни використовують одну з наступних речовин: 6оксіетильований додециловий спирт, 15-оксіетильований октилфенол, цитилпіридиний хлорид, додецилсульфат натрію, олеат натрію, додецилуретан сахарозу, ацетилцелюлозу, поліакрилонітрил, поліамідокислоту, полісульфонамід, диметилформамід, ацетон, бензол, бензин або будь-яку їх комбінацію. Для отримання піни використовують наступні установки: повітряно-пінні стволи, установки, що генерують піну за рахунок барботування повітря через розчин піноутворюючої речовини, піногенератори з утворенням піни на сітках. Для руйнування піни на поверхні твердих тіл, використовують механічні та фізичні методи пристрої вібраційного типу, гідродинамічний - струменеві та відцентрові піноруйнівники, аеродинамічний, акустичний, наприклад ультразвуковий, і термічний методи, хімічні методи або будь-яку їх комбінацію із вказаних методів. Як магнітну компоненту використовують магнітні нанорозмірні частинки, які містять: Fe, Co, Ni, Cr, Nd, Sm, Gd, інші перехідні та рідкоземельні елементи, а також їх сплави і сполуки. Магнітні наночастинки вводять в піну із розчину, що являє собою вуглеводневу (трансформаторна, веретенна, силіконова), або іншу олію, яка містить 20-60 % магнітних наночастинок, стабілізованих добавками ароматичних сполук (фенолу, нафталіну, крезолів). Недоліком запропонованого способу видалення нафтопродуктів є забруднення навколишнього середовища високотоксичними речовинами, такими як ПАР, нафталін, крезол, фенол, які за своєю токсичністю значно перевищують токсичність нафти та нафтопродуктів. Запропонований нами спосіб очистки мінеральних та штучних твердих поверхонь від нафтопродуктів, який передбачає створення шару біомінеральної композиції на забрудненій поверхні, та відрізняється тим, що забруднена поверхня із шаром біомінеральної композиції експонується протягом 5-30 діб в умовах, що перешкоджають випаровуванню вологи, та з подальшим видаленням залишків біомінеральної композиції. Крім того спосіб очистки мінеральних та штучних твердих поверхонь від нафтопродуктів згідно з корисною моделлю, для активізації мікроорганізмів та покращення гідрофобногідрофільних властивостей композиції виготовляється суміш із біопрепарату бентонітової глини і води у співвідношенні 10:2:30. Комбінація біодеструктора з високодисперсними шаруватими алюмосилікатами (смектити, гідрослюди, каолініти, та ін.) є безпечними для навколишнього середовища та складають основну частину мінеральної фази ґрунтів. Контакт бактерій з глинистими мінералами може захищати їх клітини від шкідливого впливу різних зовнішніх факторів навколишнього середовища, захищати бактерії від загибелі при висушуванні, підвищувати стійкість клітин до впливу підвищених температур. Ефективно використовувати глинисті мінерали для істотного підвищення виходу життєздатних бактерій у сухих бактеріальних препаратах при їх виготовленні методом низькотемпературного ліофільного сушіння. Необхідно відмітити, що надлишок дисперсних мінералів може призводити 1 UA 107757 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 не лише до активізації, але і до пригнічення бактеріальної культури. Існує оптимальне співвідношення між мінеральною та органічною фазою, при якому спостерігається максимальне активування бактеріальної фази, що відповідно відображається на руйнуванні нафтових вуглеводнів. Стимулюючий вплив глинистих мінералів на мікроорганізми пояснюється цілим рядом факторів, серед яких адгезія займає провідне місце. За поглинальною здатністю відносно до мікроорганізмів перше місце займають сапоніти: гумбрин, монтморилоніт, кіл, нонтроніт. Глинисті мінерали, адсорбуючи мікробні клітини, утворюють з ними великі агрегати розміром 50200 мкм. Подібні агрегати утворюються мікрогрибами, дріжджами та бактеріями, а також при їх взаємодії з білками, основними амінокислотами та іншими речовинами, які мають вільні аміногрупи. Якщо адсорбція клітин не відбувається або протікає дуже слабо, то подібні агрегати не утворюються. Розмір агрегатів певною мірою залежить від числа мікробних клітин, що адсорбовані мінералом. На адсорбцію клітин мікроорганізмів значною мірою впливають умови середовища. Існує певне значення рН, при якому клітини мікроорганізмів адсорбуються в найбільшій кількості. При рН, які відрізняються від цих показників, адсорбція погіршується і при деяких показниках рН може зовсім припинитися. В лужній області наступає посилення адсорбційної взаємодії деяких мікроорганізмів. Різні мікроорганізми мають неоднакові максимальні та мінімальні показники адсорбції при різних показниках рН. Істотна роль у цій взаємодії належить електростатичним силам та при досягненні рН середовища, який близький, або дорівнює до ізоелектричного стану клітин мікроорганізмів, дія електричного фактора знижується і відбувається посилення адсорбційної взаємодії між мінеральними частинками та клітинами мікроорганізмів. На флокулюючі властивості мікроорганізмів при їх взаємодії з мінеральними часточками, впливає їх вік. Це явище можна пояснити дією електростатичних сил, адже потенціал клітин мікроорганізмів з віком змінюється. Залежність флокулюючих властивостей клітин мікроорганізмів від віку має не лише науковий, але і практичний інтерес. Взаємодія клітин мікроорганізмів з поляризованими матеріалами в полі зовнішнього електричного поля пов'язане з поляризацією речовин в електричному полі, перерозподілом зарядів, електричною та диполь-дипольною взаємодією поляризованих матеріалів та клітин. Потрібно зазначити, що навіть при наявності в клітинах мікроорганізмів і в поляризованих матеріалах, наприклад, часточок глинистого мінералу монтморилоніту, а також однойменних зарядів, взаємодія між ними різко посилюється при накладанні зовнішнього електричного поля. Також важливо відмітити, що ефект електроутримання значною мірою залежить від гідрофільності матеріалу. Отже, на взаємодію мікроорганізмів з мінеральними частинками, значний вплив чинять електростатичні сили, які визначаються рН середовища, віком і видом мікроорганізмів, а також природою мінеральних частинок. В даному патенті присутність дисперсних мінералів в біомінеральній композиції обумовлюється стимулюючою дією дисперсних шаруватих силікатів на мікроорганізми. Реалізація проекту вирішується за рахунок розробки способу, який включає приготування біомінеральної суміші, яка складається з біопрепарату "Еконадин" та мінералу бентоніт з Черкаського родовища (Україна) у співвідношенні 3:1. Реалізація методу може проводитися наступним чином: Виготовлення глинистої органо-мінеральної композиції. В ємність з нержавіючої сталі, забезпечену мішалкою та термооболонкою, завантажується 1 кг біодеструктору, "Еконадин". При перемішуванні до препарату поступово вносять 200 гр. бентонітової глини Черкаського родовища марки БМ-У. Після рівномірного розподілу бентоніту в біодеструкторі в отриману суміш додають очищену воду до утворення пастоподібної маси. Необхідна густина отриманої маси визначається структурою та властивостями забрудненої поверхні. Для активізації мікроорганізмів в отриману суміш додають 5-10 мл трансформаторного мастила. Суміш перемішується та залишається на 24 години при температурі 37±1 °C. Після вказаного часу композиція готова до використання. Приклад 1 Очистка гравію, забрудненого нафтопродуктами. В ємність об'ємом 3 л завантажували 1 кг забрудненого гравію, на який наносили 2 попередньо підготовлену біомінеральну композицію, із розрахунку 0,5-1 мл на 1 см поверхні забрудненого гравію. Ємність закривалася напівпроникною плівкою та вміщувалась в термостат при температурі 37±1 °C і вологості 100 % на 21 день. Після завершення експозиції зразки промивались струменем води для видалення залишків біомінеральної композиції. Після висушування в зразках визначався залишок нафтопродуктів. На Фіг. 1 представлені зразки гравію забрудненого нафтопродуктами а) –до та б)- після очищення біомінеральною композицією. Залишкова кількість нафтопродуктів у зразках наведені в таблиці 1. Крім того, в 2 UA 107757 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 таблиці наведені результати вмісту нафтопродуктів у гравії в контрольному досліді, в якому замість "Еконадину" використовувалась еквівалентна кількість подрібненого торфу. Приклад 2 Очищення плоских вертикальних кахельних або керамічних поверхонь від нафтопродуктів. На поверхню кахельної, або керамічної плиток, забруднених відпрацьованим трансмісійним мастилом, наносився шар завчасно підготовленої біомінеральної композиції товщиною 0,5-1 см. Плитка покривалася поліетиленовою плівкою, яка перешкоджає випаровуванню вологи з біомінеральної композиції. Плитки встановлювались вертикально. Експозиція проводилась в лабораторному приміщенні при температурі 22-28 °C та вологості повітря 50-70 % протягом 30 діб. Після вказаного терміну з поверхні плиток видалялась захисна плівка, а поверхня плиток промивалася струменем води до повного видалення залишків біомінеральної композиції. Експериментально встановлено, що таким способом видалялось до 90 % нафтопродуктів. На Фіг. 2 представлена кахельна плитка а)- забруднена плитка; б) – нанесена біомінеральна композиція; в)- очищена плитка після експерименту. Приклад 3 Очистка бетону, забрудненого нафтою. На пласкі бетонні пластини, забруднені нафтою, наносився шар попередньо підготовленої біомінеральної композиції товщиною 0,5-0,8 см. Підготовлені таким чином зразки бетону вміщували в термостат при температурі 37±1 °C та вологості 98-100 % на 21 день. По закінченні експозиції бетонні пластини промивались струменем води для видалення залишків біомінеральної композиції. Якість очистки оцінювали візуально Фіг. 3 Зразок бетону а)-до та б)після очищення біомінеральною композицією… По даних візуального дослідження з поверхні бетону видаляється до 90 % нафтопродуктів. На поверхні залишаються лише окремі забруднені ділянки, які підлягають лише механічному видаленню. Розроблена біомінеральна композиція не містить токсичних для навколишнього середовища компонентів, залишки біомінеральної композиції можуть скидатися безпосередньо в міський колектор. Запропонований спосіб очистки мінеральних та штучних поверхонь від нафтопродуктів дозволяє ефективно очищувати тверді поверхні, виготовлені з різноманітних матеріалів, спеціальною біомінеральною композицією, яка складається з біодеструктора нафтопродуктів та високодисперсних шаруватих силікатів. Висока ефективність методу визначається стимулюючою дією бентонітової глини на мікроорганізми, які руйнують нафту. Додатково використання бентоніту дозволяє значно покращити гідрофільно-гідрофобні властивості композиції, що дозволяє використовувати її як на гідрофобних, так і на гідрофільних поверхнях. Запропонований "Спосіб очистки мінеральних та штучних твердих поверхонь від нафтопродуктів" істотно підвищує ефективність деструкції нафти та нафтопродуктів на мінеральних та штучних поверхнях. Висока адгезія суміші дозволяє очищати навіть вертикальні поверхні. Джерела інформації: 1. Патент RU 2173578 від 20.09.2001. 2. Патент RU 2191066 від 20.10.2002. 3. Патент США 4154684 від 14.11.2010. 5. Патент RU 2268934 від 27.01.2006. 6. Патент RU 2312891 від 20.12.2007. 7.ТУ У 37.2-30171732-001:2008. 8. Патент RU 2226233 від 27.03.2004. Таблиця Залишок нафтопродуктів після впливу біомінеральної композиції. № пп 1 2 3 4 6 7 8 Біопрепарат Еконадин Родекс-Т Еконадин Еконадин-2 Родекс-Т Витяжка Родекс-Т Витяжка Родекс-Т Середовище вода вода бентоніт, вода бентоніт, вода бентоніт, вода вода бентоніт, вода 3 Залишок вуглеводнів мг/г % 0,005 38 0,004 30 0,0027 20,8 0,0026 20 0,0008 6,15 0,006 46 0,0028 21,5 UA 107757 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Спосіб очистки мінеральних та штучних твердих поверхонь від нафтопродуктів, який передбачає створення шару біомінеральної композиції на забрудненій поверхні, який відрізняється тим, що забруднена поверхня із шаром біомінеральної композиції експонується протягом 5-30 діб в умовах, що перешкоджають випаровуванню вологи, та з подальшим видаленням залишків біомінеральної композиції. 2. Спосіб очистки мінеральних та штучних твердих поверхонь від нафтопродуктів за п. 1, який відрізняється тим, що для активізації мікроорганізмів та покращення гідрофобних-гідрофільних властивостей композиції виготовляється суміш із біопрепарату бентонітової глини і води у співвідношенні 10:2:30. 4 UA 107757 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5