Применение листового опада в качестве основы сорбционного материала при ликвидации аварийных разливов нефти с поверхности воды

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

А. А. Алексеева, С. В. Степанова

ПРИМЕНЕНИЕ ЛИСТОВОГО ОПАДА 

В КАЧЕСТВЕ ОСНОВЫ СОРБЦИОННОГО 

МАТЕРИАЛА ПРИ ЛИКВИДАЦИИ 
АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ 

С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ

Монография

Казань

Издательство КНИТУ

2019

УДК 502.55:66.081
ББК 28.081:24.5

А47

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. Л. А. Николаева

гл. технолог ООО «Палп Инвест» С. А. Королев

А47

Алексеева А. А.
Применение листового опада в качестве основы сорбционного 
материала при ликвидации аварийных разливов нефти 
с поверхности воды : монография / А. А. Алексеева, С. В. Степанова; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. –
Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 156 с.

ISBN 978-5-7882-2769-6

Представлен способ ликвидации аварийного разлива нефти с по
верхности воды модифицированным листовым опадом.

Предназначена для студентов и преподавателей направлений под
готовки 18.03.02, 18.04.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы 
в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» и 20.03.01, 
20.04.03 «Техносферная безопасность».

Подготовлена на кафедре инженерной экологии.

ISBN 978-5-7882-2769-6
© Алексеева А. А., Степанова С. В., 2019
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 502.55:66.081
ББК 28.081:24.5

С П И С О К  У С Л О В Н Ы Х  О Б О З Н А Ч Е Н И Й 

И  С О К РА Щ Е Н И Й

ВЧ — высокочастотная
ЗАО — закрытое акционерное общество
ИТМ — ионы тяжелых металлов
КУС — краевой угол смачивания
ЛАРН — ликвидация аварийных разливов нефти
НП — нефтепродукты
ОС — окружающая среда
ПДК — предельно допустимая концентрация
РСА — рентгеноструктурный анализ
РСМ — растительные сорбционные материалы
СМ — сорбционный материал
СО — степень очистки
ТОЗМ — теория объемного заполнения микропор
ЧХУ — четыреххлористый углерод
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 3 

В В Е Д Е Н И Е

Непрерывное увеличение объемов нефтедобычи и нефтепереработки диктует новые условия разработки методов минимизации 
загрязнения окружающей среды при техногенных авариях и катастрофах. Усовершенствование методов ликвидации нефтеразливов 
является столь же важным направлением, как и их предотвращение 
и предупреждение. Нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая 
промышленность является основой в Республике Татарстан, при 
этом около 3,5 % от добытой нефти теряется в процессе ее технологического пути (добыче, транспортировке, переработке), аварий 
на трубопроводах, на транспорте и т. д. Ввиду развитой речной системы региона, значительная часть нефтяных разливов приходится на водную среду, что приводит к значительной биодеградации, 
не только самого водоема, но и прилегающей береговой экосистемы. 
При техногенных авариях на объектах нефтехимической промышленности применяют различные методы локализации и ликвидации 
их последствий. При нефтяных разливах наибольшую популярность 
завоевали метод локализации боновыми заграждениями и ликвидации нефтяного пятна сорбирующими устройствами. 
Разливы нефти на водной поверхности представляют особую 
опасность для окружающей среды, поскольку с каждым годом учащаются аварийные случаи при добыче, транспортировке и переработке нефти. Последняя разносится по поверхности воды на многие 
километры, и последствия носят трудно учитываемый характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные процессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех 
видов живых организмов и накапливается в биомассе. Результат — 
непригодность воды для употребления, мгновенная гибель практически всей экосистемы под сплошной нефтепленкой, медленная 
деградация флоры и фауны. Среди существующих методов ликвидация нефтяных загрязнений особую популярность получил сорбционный метод благодаря своей эффективности и экономичности. 

Одно из важных требований, предъявляемых сорбенту — отсутствие вторичного загрязнения воды. В этом случае для ликвидации 
могут применяться экологичные материалы, которые являются природными. Поиск и исследование новых сорбционных материалов 
(СМ), которые обладают высокой сорбционной емкостью по нефти, 
при сравнительно низкой стоимости, является актуальной научной 
задачей. Таковым условиям удовлетворяет в частности листовой 
опад, собираемый при уборки парков, скверов, зон массового отдыха, и других объектов благоустройства. Количество образующегося 
листового опада ежегодно возрастает, пропорционально увеличению зеленых насаждений города, и в г. Казани с 2015 г. (104,3 т) до 
2016 г. (689,9 т) увеличилось более чем в шесть раз (по данным госдоклада об охране окружающей среды РТ 2015–2016 гг.). Исследование 
возможности использования данного материала в качестве сорбента 
для ликвидации нефтяных разливов является актуальной научной 
задачей, решение которой имеет большое прикладное значение.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 5                        

Гл а в а  1 . А Н А Л И З  СУ Щ Е СТ В У Ю Щ И Х  С П О СО Б О В 

О Ч И СТ К И  П О В Е Р Х Н О СТ И  В О Д Ы 

ОТ Н Е ФТ Я Н Ы Х  РА З Л И В О В

1.1. Аварийные разливы нефти на водной поверхности 
и методы их ликвидации

Аварийный разлив нефти — это поступление нефти в окружающую 
среду при авариях на нефтедобывающих, нефтетранспортирующих 
и нефтеперерабатывающих установках, которое влечет за собой загрязнение суши и водной среды.
Известно, что нефть, нефтепродукты и их производные являются самыми распространенными загрязнителями окружающей 
среды (ОС). Согласно мировой статистике за 2015 год, Россия и 
Саудовская Аравия лидеры мировой добычи нефти с показателем 
более 10 млн баррелей в день. В Татарстане, по данным правительства республики, за первую половину 2016 года добыто 26,2 млн т, 
а за 2015 год — 39 млн т [1, 2]. Мировые объемы добытой нефти 
постоянно увеличиваются, при этом в мире ежегодно происходит 
от 10 до 15 тысяч прорывов нефтепромысловых трубопроводов, 
30 % из которых приходится на отечественные нефтяные компании, при этом в мировой океан ежегодно попадает до 6 млн т НП [3]. 
Нефтеразливы и их экологические последствия находятся под контролем общественных объединений и государственных организаций и в соответствии с законодательством России подлежат безотлагательной ликвидации.
По данным TINA Consultants (компания, занимающаяся предотвращением утечек нефти в различных областях), за последние 
10 лет из каждого добытого или хранимого миллиона тонн нефти 

около 3 тонн попадало в водную среду. При этом на водной поверхности образуется пленка, приводящая к масштабной биодеградации 
водоема и прилегающих береговых территорий, а также разрушается естественная экосистема. 
Ежегодно число аварийных случаев утечек нефти возрастает, при этом Российская Федерация является лидером по масштабу нефтепотерь и теряет 3,5–4,5 % нефтяного сырья при добыче и 
транспортировке. Так, при уровне добычи в 500 млн т в год потери 
составляют 17–22 млн т [4]. Основными причинами аварии являются нарушения технологических процессов на промышленных предприятиях и прорывы нефтепроводов.
Однако в официальных источниках (государственных докладах 
о состоянии окружающей среды) данные о количестве аварий на трубопроводах и объемах разлитой при этом нефти не публиковались с 2001 
по 2007 гг. Известно, что за 2009 г. количество прорывов нефтепроводов 
составляло 26 тысяч, что равно количеству прорыв за 1999 г. [5].
Согласно данным об изменении количества аварийных ситуаций на нефтепроводах [6–23], автор [5] составил график количества 
порывов трубопроводов в зависимости от объема добычи нефти 
в РФ за 1994–2010 гг. (рис. 1.1).

Как видно из рис. 1.1, с 2007 года количество прорывов ежегодно увеличивалось в среднем на 2 тыс. Данная тенденция изменилась в 2015 году: объем добываемой нефти уменьшился и, как следствие, сократилось количество прорывов.
Согласно данным Ростехнадзора, суммарная протяженность 
магистральных нефтепроводов в 2015 г. на территории РФ составила более 55,3 тыс. км, при этом протяженность промысловых трубопроводов значительно выше. Основными причинами аварийных 
случаев на нефтепроводах являются:

– изношенность основных фондов;
– замедленное реагирование на аварии и происшествия;
– неслаженность действий при локализации и ликвидации

разливов нефти и НП;

– недостаточное или полное отсутствие средств, необходимых

для предупреждения разливов нефти и НП.

На территории Российской Федерации более 6 тысяч участков трубопроводов, пересекающих водные объекты, поэтому важен 
оперативный мониторинг экзогенных процессов. В России наиболее 
подвержены загрязнению средняя полоса Русской равнины и Урал, 
так как на данной местности проходят основные нефтемагистрали 
РФ и, как следствие, случается наибольшее количество аварий.
Несмотря на прилагаемые усилия по предотвращению аварий на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях, каждый год в США регистрируется 14 тыс. разливов нефти. 
На ликвидацию последствий требуются тысячи специалистов и значительные экономические затраты. На территории России ежегодно происходит до 20 тыс. официально зарегистрированных аварий, 
сопровождающихся значительными разливами нефти. По данным 
Минэнерго России, на предприятиях топливно-энергетического 
комплекса в 2015 г. произошло 20 753 прорыва трубопроводов, из 
них 11 409 — на нефтепроводах [24].

В последние годы наблюдается значительный рост загряз
ненности пресных вод большинства регионов РФ НП. Так, в 2015 г. 
в бассейнах рек Колыма, Волга, Белая среднегодовая ПДК по НП 
составила 2–3, в Чебоксарском и Волгоградском водохранилищах — 

Рис. 1.1. Количество порывов трубопроводов 
в зависимости от объема добычи нефти в РФ

3 и 10 ПДК соответственно. В бассейнах рек Иртыш и Охинка 
среднегодовое значение ПДК достигало 38 и 381 соответственно. 
Наблюдался резкий рост загрязненности НП и в Нижнекамском водохранилище. В 2015 г. по сравнению с 2013–-2014 гг. он повысился 
примерно в 5 раз [24]. Несмотря на то что по данным Росгидромета 
по сравнению с 2015 г. в два раза сократилось число аварийных случаев на воде (с образованием нефтяной пленки — 2 случая), количество нефти и НП в реках России продолжает увеличиваться.
Разработка и усовершенствование технологических методов 
минимизации последствий загрязнений при нефтяных разливах является важной задачей. Инженерную защиту территорий естественной экосистемы от антропогенного воздействия рекомендуется 
проводить решением многофункционального комплекса задач с применением современных технических средств и реализацией различных методов. Первые меры по устранению загрязнения должны быть 
направлены на локализацию нефтяных пятен с помощью технических 
средств, независимо от характера разлива, с целью предотвращения 
распространения загрязнения и уменьшения площади разлива [25]. 
С целью минимизации загрязнения рекомендуется разрабатывать 
четкий метод ликвидации последствий техногенной аварии. Наиболее 
эффективным при этом является одновременная локализация и ликвидация нефтяного пятна на поверхности воды. Для этого чаще всего 
используют боновые заграждения, они обособляют нефтяное пятно, 
препятствуя его распространению и приближению к береговой полосе, особенно в экологически чувствительных районах. Кроме того, их 
применение значительно облегчает цикл сбора нефти и ликвидацию 
разлива. Большой интерес к защите водных объектов и береговых 
территорий повлек за собой технологическое развитие конструкций, предназначенных для ликвидации аварийных разливов нефти 
(ЛАРН). Ликвидацию и локализацию производят различными методами, главным из которых является механический сбор нефти, проводимый в первые часы аварии, с целью предотвращения ее растекания 
и уменьшения толщины пленки. Механический сбор технологически 
усложняется с уменьшением слоя нефтяной пленки, и тогда прибегают к термическим и физико-механическим способам, основными 

из которых являются: контролируемое сжигание, сорбция, диспергирования, биоремедиация. Из всех способов более предпочтительным 
является адсорбция, так как сжигание и диспергирование влекут вторичное загрязнение ОС продуктами горения и внесением химических 
растворителей нефти. Биоремедиация — использование нефтеокисляющих микроорганизмов для очистки окружающей среды. Данный 
процесс относительно недавно используется при ЛАРН и недостаточно изучен. При подборе микроорганизмов-деструкторов необходимо 
учитывать состав нефти, климатические условия, а также утилизацию 
продуктов жизнедеятельности бактерий. Кроме того, достоверно неизвестно, как в дальнейшем биодеструкторы будут влиять на развитие флоры водоемов. В связи с вышеизложенным адсорбция является 
одним из немногих эффективных и безопасных методов очистки вод 
от загрязнителей различной природы. Методы сорбции позволяют 
очищать стоки от НП, ионов тяжелых металлов, красителей и других 
загрязнителей до любого требуемого уровня, и даже до ПДК без внесения в воду дополнительных реагентов. 

1.2. Сорбенты для очистки сред от нефти 
и нефтепродуктов

Сорбция — это процесс поглощения твердым телом или жидкостью 
какого-либо вещества из окружающей среды. В очистке воды чаще 
используется ее разновидность адсорбция, под которой понимается поглощение вещества из воды на поверхности или в объеме пор 
твердых тел (сорбентов) [26–28].
Главными требованиями, предъявляемыми к сорбентам, предназначенным для очистки водных сред, являются: 

– безвредность для ОС;