Using soybean hulls to combat oil pollution on marine surfaces

UDC 504.75
Publication date: 30.09.2024
International Journal of Professional Science №9-2-2024

Using soybean hulls to combat oil pollution on marine surfaces

Использование соевой шелухи для борьбы с нефтяным загрязнением водных поверхностей

Perminov Ivan Andreevich
Malinovskaya Svetlana Anatolevna,

1. Far Eastern State Transport University.
2. Far Eastern State University of Transport, Assoc. Departments of "Oil and Gas Engineering, Chemistry and Ecology"


Перминов Иван Андреевич
Малиновская Светлана Анатольевна,
1. Дальневосточный государственный университет путей сообщения.
2. Дальневосточный государственный университет путей сообщения, доц. Кафедры «нефтегазовое дело, химия и экология»
Аннотация: Настоящая работа посвящена исследованию применения соевой шелухи в качестве адсорбента для эффективной борьбы с нефтяными загрязнениями водных поверхностей. Нефтяное загрязнение представляет собой одну из наиболее серьезных экологических проблем, угрожающих биоразнообразию и здоровью человека. В условиях, когда традиционные методы очистки становятся недостаточно эффективными или экономически затратными, использование агроресурсов, таких как соевая шелуха, открывает новые возможности. Исследование фокусируется на изучении свойств соевой шелухи, ее адсорбционной способности и структуре, а также на оценке ее эффективности и экономической целесообразности использования в процессе удаления нефтепродуктов из водоемов. Результаты работы могут способствовать разработке более устойчивых и эффективных экологических решений для ликвидации последствий нефтяных разливов.

Abstract: This paper is devoted to the study of the use of soybean hulls as an adsorbent for the effective control of oil pollution of water surfaces. Oil pollution is one of the most serious environmental problems threatening biodiversity and human health. In conditions where traditional cleaning methods become insufficiently effective or economically costly, the use of agricultural resources such as soybean hulls opens up new opportunities. The study focuses on the study of the properties of soybean hulls, their adsorption capacity and structure, as well as on the assessment of their effectiveness and economic feasibility of use in the process of removing oil products from water bodies. The results of the work can contribute to the development of more sustainable and effective environmental solutions for eliminating the consequences of oil spills.
Ключевые слова: нефтяное загрязнение, соевая шелуха, адсорбция, водные поверхности, экологические методы.

Keywords: oil pollution, soybean hulls, adsorption, water surfaces, environmental methods.


Актуальность

Нефтяное загрязнение водных поверхностей — серьезная проблема, влияющая на экологию и биоразнообразие. Нефтепродукты, попадая в водоемы из-за различных причин, могут нанести серьезный ущерб экосистеме и здоровью людей. Разработка эффективных методов удаления нефти из воды все более важна. Использование адсорбентов, способных связывать нефтепродукты на своей поверхности, может значительно улучшить состояние окружающей среды.

Проблема

Проблема загрязнения водных поверхностей нефтью является одной из наиболее актуальных экологических проблем. Нефть и ее продукты являются опасными загрязнителями, которые могут привести к серьезным экологическим последствиям.

Цель работы

Рассмотрение потенциала использования соевой шелухи в качестве адсорбента водных поверхностей после разлива нефти в процессе эксплуатации объектов нефтяной отрасли.

Гипотеза

Использование соевой шелухи способствует снижению нефтяного загрязнения водных поверхностей.

Задачи

  1. Изучить свойства соевой шелухи, включая её адсорбционную способность и структуру поверхности;
  2. Оценить эффективность использования соевой шелухи как адсорбента для очистки нефтяных загрязнений водных поверхностей;
  3. Исследовать экологические последствия использования соевой шелухи как адсорбента.

Нефтяные загрязнения водных поверхностей являются серьезной проблемой современного мира, оказывающей негативное влияние на экологическое равновесие и биоразнообразие. Нефтепродукты, такие как сырая нефть, бензин, мазут и другие, попадая в водоемы в результате несчастных случаев на морских нефтепроводах, аварий на нефтяных платформах или неправильного обращения с нефтепродуктами, могут привести к серьезным последствиям для экосистемы и человеческого здоровья.

В связи с этим, разработка эффективных методов удаления нефти из водных поверхностей становится все более актуальной задачей. Одним из перспективных подходов является использование адсорбентов, способных связывать и задерживать нефтепродукты на своей поверхности, образуя стабильные комплексы и улучшая качество окружающей среды.

Дальний Восток, как известно, не является регионом, известным своими хлебными землями. В отличие от сибирских и других регионов, здесь выращивается не пшеница, а соя. Приморский край, Амурская область, Еврейская автономная область, Хэйлунцзян и Корейский полуостров исторически славились как места произрастания и выращивания сои. До сих пор Дальний Восток и Хэйлунцзян остаются главными регионами по производству сои в России и Китае соответственно, а азиатские страны являются основными потребителями этого продукта на протяжении многих веков. [1]

Соевая шелуха возникает в результате производства соевого масла и её широкое применение в пищевой промышленности и сельском хозяйстве приводит к образованию большого количества отходов, которые необходимо утилизировать. Соевая шелуха обладает потенциалом быть использованной в качестве адсорбента для удаления нефтепродуктов из водных поверхностей. Это связано с её способностью эффективно взаимодействовать с компонентами нефти, образуя стабильные связи на поверхности материала.

Ликвидацию нефтяных загрязнений водных поверхностей проводят в три стадии: первая – локализация разлива, вторая – сбор и извлечение продукта с поверхности воды, и третья – транспортировка собранного продукта к месту переработки или утилизации. Второй этап предполагает использование физико-химических и биологических методов. [2]

Очистка водоемов физико-химическим методом заключается в использовании адсорбции для улавливания нефти и нефтепродуктов. Этот процесс представляет собой естественное поглощение твердым веществом загрязнений из окружающей среды, а вещество, которое поглощает загрязнения, называется адсорбентом или, чаще всего, нефтеадсорбентом. [3]

Для изучения адсорбционной способности соевой шелухи был проведен ряд экспериментов. Начальным этапом было определение необходимого количества соевой шелухи для поглощения 1 г нефти. В эксперименте была разлита нефть объемом 41,766 мл на поверхность воды площадью 122,656 см2. Плотность нефти мы определили ареометрическим методом, и она была равна 0,838 г/см3. После чего на поверхность воды залитой нефтью было нанесено 7 г соевой шелухи на 30 минут. После окончания времени адсорбент был собран с поверхности и взвешен, и было обнаружено, что соевая шелуха поглотила 38.6635 мл нефти.

После математических расчетов было установлено, что оптимальное соотношение сои к нефти данной плотности составляет 0,2 г сои на 1 г нефти.

Нефтеёмкость определяется по формуле 1. [4]

Таким образом, сорбционная способность соевой шелухи равна 4,63 г/г.

Для сравнения сорбционной способности адсорбентов, сравним нефтеёмкость некоторых материалов, приставленных в таблице 1.

Таблица 1

Нефтеёмкость различных материалов для сбора нефти

Материал Нефтепоглощение, г/г
Природные органические материалы
Солома пшеничная 4,1
Кора осины 0,5
Древесные опилки 1,7
Макропористый технический углерод 4,0-4,5
Соевая шелуха 4,63
Синтетические органические материалы
Пенополистирол: волокно 7,0-12,0
Подипропилен: волокно 12,0-40,0
Каучковая крошка 4,1
Феноллформальдегидная смола 4,4
Синтепон 46,3
Неорганические материалы
Вспененный никель 2,9
Стекловолокно 4,5
Базальтовое волокно 35,0

Таким образом, из природных органических материалов соевая шелуха и макроскопический технический углерод (активированный уголь) имеют самую высокую нефтеёмкость в своей группе.

В рамках дальнейшей утилизации соевой шелухи был проведен эксперимент, направленный на оценку её потенциала в качестве органического удобрения для растений. В ходе исследования адсорбент, насыщенный нефтью в массе 25 г, был засеян семенами горчицы общим весом 4 г. Результаты эксперимента свидетельствуют о незначительном угнетении прорастания семян горчицы в условиях присутствия нефти, что открывает перспективы для применения использованной шелухи в качестве удобрения. Проба регулярно орошалась водой, что способствовало поддержанию оптимальных условий для роста растений. На третьи сутки после посева наблюдались первые побеги, и уже к двум неделям процент прорастания семян достиг примерно 50%. Наблюдения продолжались на протяжении двух недель и подтвердили, что отработанная соевая шелуха может быть использована не только как материал для сжигания, но и в качестве эффективного удобрения для семян горчицы. Семена горчицы используются, так как их прорастание в почве загрязненной нефтью угнетается незначительно, и они являются одним из самых экономически выгодным способом рекультивации. Семена горчицы применяются в процессе рекультивации загрязнённых нефтью почв, поскольку их способность к прорастанию при этом условии подавляется в незначительной степени. Это делает их одним из наиболее рентабельных методов восстановления экосистем. [5]

Выводы:

  1. Результаты исследования подтверждают высокую адсорбционную способность соевой шелухи, что делает ее перспективным материалом для эффективного удаления нефтяных загрязнений с водных поверхностей. Ее уникальная структура и химический состав способствуют адсорбции нефтепродуктов, что указывает на возможность использования данного отхода в экологически чистых технологиях;
  2. Использование соевой шелухи как адсорбента для очистки водоемов представляется не только экологически оправданным, но и экономически выгодным решением. Исходя из доступности данного материала в регионах, где производится соя, затраты на его применение могут быть значительно ниже, чем на использование традиционных адсорбентов;
  3. Применение соевой шелухи для борьбы с нефтяными загрязнениями представляет собой многообещающую стратегию, способствующую не только восстановлению экосистем, но и эффективному утилизации отходов соевого производства. Это позволяет одновременно решать проблему загрязнения водоемов и уменьшать объемы отходов, создавая замкнутый цикл в системе управления отходами;
  4. Для более глубокого понимания потенциала соевой шелухи необходимо провести дополнительные исследования, направленные на изучение ее взаимодействия с различными типами нефтепродуктов и оптимизацию условий ее использования в процессе очистки водоемов. Это также включает оценку глубины очистки и сроков действия адсорбента в реальных условиях;
  5. Результаты работы могут быть внедрены в существующие методы ликвидации нефтяных разливов, предлагая еще один инструмент для экологов и специалистов в области защиты окружающей среды, что позволит значительно повысить эффективность операций по восстановлению загрязненных водных поверхностей.

References

1. Деловой журнал Дальневосточного федерального округа. Соя на Дальнем Востоке: между экспортом и здравым смыслом // —URL:- https://dvkapital.com/archives/3179?ysclid=m0szzs323d633367138 (дата обращения 22.07.2024);
2. Куен Тхи Куинь Ань, Л.А. Зенитова, А.Н. Даутова. Технология удаления нефтяных разливов с помощью сорбционного материала на основе хитозана и пенополиуретана // Электронный рецензируемый журнал. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnologiya-udaleniya-neftyanyh-razlivov-s-pomoschyu-sorbtsionnogo-materiala-na-osnove-hitozana-i-penopoliuretana?ysclid=m0t1a24xjw129971790 (дата обращения: 22.07.2024);
3. Ю.Н. Бойко, А.И. Агошков, А.Н. Гульков, С.Ф. Соломенник, С.Г. Гулькова, Н.А. Майсс Природные сорбенты, использующиеся для очистки вод от нефти и продуктов её переработки // Мировая наука: электронный журнал. —URL:- https://cyberleninka.ru/article/n/prirodnye-sorbenty-ispolzuyuschiesya-dlya-ochistki-vod-ot-nefti-i-produktov-ee-pererabotki (дата обращения: 26.07.2024).
4. Ефимов С.E., Герасимов А.И. Способ определения нефтеемкости водонасыщенных сорбентов // Патент № 2 539 751 РФ // Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук. (дата обращения: 26.07.2024)
5. Н.С. Малиновская, С.А. Малиновская. Оптимизация состава травосмесей для фиторемидиации почв после нефтяных разливов в условиях дальнего востока // Московский экономический журнал №11 2022 —URL:- https://cyberleninka.ru/article/n/optimizatsiya-sostava-travosmesey-dlya-fitoremidiatsii-pochv-posle-neftyanyh-razlivov-v-usloviyah-dalnego-vostoka?ysclid=m0ujbllgrw98771 (дата обращения: 02.08.2024)