Құмқөл кеніші аймағындағы топырақ пен өсімдіктердің ластану мөлшерін анықтау

Кіріспе

Қазақстанда жылына мыңдаған тонна өндірістік және ауылшаруашылығының қалдықтары пайда болады. Бұл қалдықтар топырақты, су көздерін ластап, әртүрлі аурулардың тарауына жағдай жасап, қоршаған ортаға қауіп төндіреді.

Сондықтан осы қалдықтарды пайдаға жарату халық шаруашылығының аса маңызды проблемаларының бірі болып табылады. Бұл проблеманы шешу экологияны ғана жақсартып қоймайды, ол көптеген өндірістік және ауылшаруашылық мәселелерінің дамуына зор үлесін қосады. Сол себепті шынайы экологиялық таза және экономикалық тиімді технологияны пайдалану, экологиялық мәселелерді шешуге зор мүмкіндік береді.

ХХ ғасырдың соңғы жылдарында өте тез дамып келе жатқан ғылыми бағыттардың бірі – ол биотехнология. Әртүрлі ластаушы әсерлерден табиғи ортаны қорғауға пайдаланатын биотехнология - экологиялық биотехнология деп аталады. Экологиялық биотехнология әдістері - физикалық және химиялық әдістерді пайдалануға болмайтын немесе қоршаған ортаны одан әрі ластануға әкеліп соғатын жағдайларда және экономикалық тиімсіз кездерде пайдаланылады.

Жер, су және ауаның ластануымен күресудің табиғи әдістерінің маңыздысы биологиялық әдіс болып табылады. Бұл әдістің негізі болып тірі табиғаттың әдістемелері жатады. Бұл әдіс бойынша табиғатты ластайтын улы заттарды қайта кәдеге жарататын спецификалық механизмдер пайдаланылады. Бірақта бұл мүмкіндіктер шексіз емес. Егерде зиянды заттар көп мөлшерде болса, оларды толық залалсыздандыру мүмкін емес, сондықтан биологиялық әдістер антропогендік қысымнан экологиялық жүйені толық қорғай алмайды.

Соңғы онжылдықта адамзат, ғылыми және өндірістік потенциалды пайдалана отырып, өмір сүру облыстарында тірі табиғат әдістемелерін енгізіп отыр. Міне сондықтан ғылыми-техникалық прогресстің негізгі бағыттарының бірі – экологиялық биотехнология пайда болды.

Бұл әдіс бойынша қазіргі заманның биологиялық, техникалық және басқа да ғылымдарды кеңінен қолданып, өсімдік пен жануарлар клеткаларының, микроорганизмдердің мүмкіндігін пайдалана отырып, адам өмірінің деңгейін көтеріп, экологиялық, энергетикалық, медициналық және тамақтану проблемаларын шешуге болады. Қазіргі кезеңде аса дамыған бағыттардың бірі - өндірістік микробиология. Бұл бағыттың ғылыми және практикалық жетістіктері экологиялық проблемаларды шешуге пайдаланылуда.

Экологиялық биотехнология әдістемелері мен процестері, өндіріс ғимараттары құрылысы мен шахталарды салу кезінде және поллютанттардың көбейіп кетуі әсерінен бұзылған жерлерді рекультивациялағанда, мал және құс шаруашылығы қалдықтарын өңдеп, экологиялық қауіпсіз технологиялар жасағанда пайдаланылады.

ХХ жүз жылдықтың ортасынан бастап, әлемде отын-энергетикалық ресурстарды, оның ішінде мұнайды тұтынудың аса көп өскендігі байқалады. Мұнай өндірісі қоршаған ортаның ластануын арттырады, бұл экологиялық дағдарысқа әкеліп соғуы мүмкін. Мұнаймен ластану объектілерінің бірі - Әлемдік мұхит. Қазіргі уақытта мұхиттық ортаға әртүрлі ластану көздерінен жыл сайын орта есеппен 5 млн тонна (кейбір мәліметтер бойынша 10) мұнай және оны қайта өңдеу өнімдері түседі екен, ластаушы заттардың жалпы көлемінің 90% антропогенді болып келеді.

Қазіргі кезеңде мұнай өндіруші обьектілері тазалау қондырғыларымен, алдын-ала жабдықталып іске қосылғанымен, мұнайды өндіруші және тасымалдау кезінде қоршаған ортаға кері әсерін тигізетін заттардан және іс-әрекеттерден толық арыла алмай отыр. Сондықтан, табиғи жағдай үшін шығыны аз, тиімді технико-технологиялық шешімдерді іздестіру қажет. Ұңғымадан алынған мұнай және газды өндіріп, тасымалдау, сұйық көмірсутегі қалдықтарының апаттың салдарынан төгілуінің алдын-алу және қоршаған ортаға тараған мұнай-газ қалдықтарын тез арада жинап, тазарту қажет.

Мұнай өндіруші кәсіпорындардың зиянды әсерлерден қоршаған ортаны қорғаудағы негізгі бағыттары, ол бүлінген жер аумағын қысқарту, ағынды сумен ластануды азайту, мұнайды өндіру және дайындау кезінде тропосфераның төменгі қабаттарына күкірт тотығы мен көмірсутектерінің түсуін, азот тотығының шығымын азайту болып табылады.

Мұнай кен орындарын пайдалану процестерінде, мұнайды тасымалдап және қайта өңдеу кезінде көптеген әртүрлі қалдықтар түзіледі. Олардың негізгі бөлігін ашық резервуарларда жиналып сақталған мұнай шламдары құрайды. Бұл мұнай шламдары екінші дәрежелі қоршаған ортаны ластайтын қалдықтар көздері болып саналады. Сондықтан мұнай өндіруші аймақтардағы құрамында мұнайы бар шламдарды қайта кәдеге жарату және қайта өңдеу, қоршаған ортаны қорғаудағы негізгі мәселелердің бірі.

Осыған байланысты ҒО «Ренари» мамандары үшін өңдеп шығарған технологиямен күріш өндірісі қалдықтарын қайта өңдеу қондырғысы жоғары жетістік және мұнай өндіру саласында экологиялық қауіпсіздікті қамтамасыз ететін салалық және аймақтық мәселелерді шешуде үлгі ретінде қабылдауға болады.

1-сурет. Экосорбент өндіруге арналған қондырғы.

1-қабылдау бункері, 2-салқындатқыш, 3,4-пештің қыздыратын және бөлетін элементтері, 5-от көзі, 6-жылжытқыш, 7-дайын өнімді қабылдайтын бункер.

Пеш бірнеше қыздыру элементтерінен тұрады. Олар биіктігі 1,5, ені 1,0 және ұзындығы 1,5 м төртбұрышты қораптар. Қораптың (ұзындығы бойынша) ішкі көлемі бөлгіштермен 3 бөлікке бөлінген- орталық және симметриялы орналасқан екеуі бүйірден бөлінген. Бүйір бөліктер өзара, орталық бөліктен өтетін үшбұрыш түріндегі газ тасымалдағышпен жалғастырылған, ол орталық бөліктің барлық көлемі бойынша шахматты тәртіппен орналасып, қабырғалардан бірі қатаң жоғары бағытталған. Әрбір бүйір бөлік, қораптың екі ашық жағынан герметикалық жабылған. Салқындатқыш конструкциясының екі варианты бар. Біріншісінде – оның конструкциясы қыздырғыш конструкциясы-мен бірдей, екіншісінде – салқындатқыштың орталық бөлігінде газ жолы орнына су өтетін құбыр орнатылған. Бірінші конструкция бойынша құрылған салқындатқыш екі режимде жұмыс жасайды: газ жолдары арқылы салқындат-қыш мұздай ауа немесе су жүргізіледі. Салқындатқыш конструкциясын және оның жұмыс құрылысын таңдау пештің түгелдей жұмыс режимімен анықталады, бұл термиялық өңдеу процесін тиімді пайдалануға мүмкіндік береді, қондырғының технико-экономикалық көрсеткіштерін жақсартады.

Технологиялық цикл кезегімен жүретін бірқатар операциялардан тұрады: пештің қабылдау бункеріне шикізат беру және оны бөлінген газдармен алдын-ала қыздыру, қыздырылған шикізатты пештің белсенді аймағына ауыстыру және жұмыс температурасына дейін қыздыру, дайын өнімді салқындатқыштағы айналмалы түрде келіп тұратын сумен салқындатады.

Бұл қондырғыдан басқа ҒО «Ренари» құмық қауызын қайта өңдейтін өндіргіш құрал шығарды (ГС экосорбенті), ол жылына 5т дейін өнім шығарады.

Қондырғының мезгіл-мезгіл жұмыс жасайтын негізгі элементі электрлі кварцты реактор, оның схемасы 2-суретте берілген.

Бұл реактор артықшылығы оны әртүрлі газды ортада және вакуумда пайдалануға мүмкіндік бар. Сорбентті алуға жұмсалатын шикізат шығыны бұл қондырғы бойынша өнім өндіруге жұмсалатын жалпы шығынның 9,1% құрайды.

1-сорбент, 2-реактор, 3-шикізат, 4-термиялық қорғағыш, 5-қыздыру элементі.

ҒО «Ренари» технологиясы бойынша өндірілген сорбенттердің төселу тығыздығы көп емес 80-150 кг/м³, беттік үлесі 500 м²/кг, мұнай сыйымдылығы 3-10 кг/кг. РС және ГС экосорбенттер су және топырақ бетіндегі мұнай өнімдерін жинауға арналған. Мұнай өнімдері мен қаныққан экосорбенттер отын брикеттерін шығаруда қолданылуы мүмкін технология бойынша құмық қауызынан алынған сорбенттің мұнай сыйымдылығы 3,34 кг/кг шамасына дейін барады. 7-кестеде құмық дәндері қауыздарының мұнайды бойына тартып алу қабілеттілігі көрсетілген. Бұл сорбенттер 150-450⁰С өңделеді.

250⁰С – та өңделген жаңғақ қара қабығының мұнайды бойына тарту қабілеті 1,67 кг/кг. Термоөңдеуден кейінгі сорбенттің шығымы 78,6%.

Көрсеткіштерден көріп тұрғанымыздай, өсімдік материалдарынан өндірілетін сорбенттер жоғары температурада өңделеді.

Қамыс негізінде жоғары молекулярлы қосындылармен өңделген бірнеше сорбенттер шығарылды. Өңдеуді жүргізу үшін қамысты полимер ерітіндісіне батырады немесе полимерді қамыс үстіне бүркеді. Жоғары молекулярлы қосындылар ретінде полиэтилен, полипропилен, полистрол, поливинилхлоридті қолдану ұсынылады.

Мұндай сорбенттің кемшілігі технологиялық полимерлі қалдықтар полимерді қамыс үстіне жаю болып табылады. Жоғарыда айтылған полимерлер органикалық ерітінділерде ерімейді және олардың балқуы үшін жоғары температура қажет етеді.

Өсімдік қалдықтарының мұнайды бойына тартып алу қасиеті сорбенттер түрін өндіруде есепке алынатын ең маңызды басты белгісі, себебі өндірілетін сорбенттің мұнай тартқыштығы таза шикізаттың бастапқы мұнай тартқыш (сіңіргіш) қасиетіне тікелей байланысты. 8-кестеде өсімдік материалдарының мұнайды бойына тартып алу қасиеті келтірілген. Кестеге салыстыру үшін басқада өсімдік тектес материалдар енгізілген.

Арнайы өңдеуден өткізілген соң, өсімдік шикізатынан өндірілген сорбенттің мұнайды бойына тартып алу қасиеті бірнеше есе артуы мүмкін. мысалы, «Сорбест» технологиясымен өндірілген сорбенттің мұнай тартқыштық қасиеті 2-7 есе артады. 9-кестеде өсімдік шикізатынан жасалған сорбенттің мұнайды бойына сіңіруі келтірілген.

Суды сіңіруінен көптеген өсімдік сорбенттері ылғалды өз бойына тартады. Бұл, әрине сорбенттің мұнайды тартуына кері әсерін тигізеді, себебі сорбенттің борпылдақ кеңістігінің бөлігін су фазасы толтырып тастайды. Бұдан басқа суды сіңірген сорбент салмағы өседі де оның қалқып жүруі нашарлайды. 10-кестеде өсімдік шикізаты негізінде өндірілген сорбенттердің суды бойына сіңіру шамасы келтірілген.
Кесте 8. Өсімдіктердің мұнай сіңіру қасиеттері

Материал	Тартып алу қасиеті, кг/кг	Негізі
Арпа қауызы Түйір торф Гидролиз аппараттарындағы лигнин Ағаш жаңқалары Жаңғақ қара қабығы Ағаш жаңқалары Майдаланған қамыс сабақтары Каустикалық содамен өңделген лигнин Ағаш қабыршақтары, опилка Майдаланған қамыс Опилка ДВП (жұмсақ) Амиакты сумен өңделген лигнин Құмық қауызы Құмық қауызы Ағаш көмірі Сабан Бидай сабаны (майдаланған) Сабан (майдаланған) Майда ағаш қабыршақтар (7-15 мм) Ірі опилкалар Модификацияланған шлиф-шаң Майда опилка (1-3 мм) Сфагналы торф Жапырақты майдаланған қамыс Сабан Ағаш шаңы Қамыс үпелегі (гүлі) Жартылай жүн қалдықтары Целлюлозадан алынған талшық материал	1 1,27 1,5 1,65 1,67 1,7 1,76 1,85 2,5...3,5 2,6...8,2 3 3 3 3,05...3,5 3,34 3,1 3,6 4,1 4,12 4,2 4,8 4,8...5,6 5,0 5,2 6,1 7,7 8...30 11...30 12,9 45	191 54 122 188 123 189 188 122 54 189 191 191 122 189 123 75 75 189 188 75 75 152 75 54 188 75 191 54 209

Кесте 9. Өсімдік шикізатынан жасалған сорбенттің

мұнай сіңіру қабілеттілігі

Материал	Бойына сіңіру қасиеті, кг/кг
Шөпті қайта өңдеу қалдықтары Ағаш опилкалары Жүгері собығының қалдықтары Күнбағыс қауызы Күріш қауызы Мақта қалдықтары Түскен жапырақтар Қағаз қалдықтары Торф Көбікті талшық	4..6,5 4,5...8,5 5...7 6...8 6...10 6...30 8...9 8...9,5 8...10 10...13

Кесте 10. Өсімдік шикізаты негізінде сорбенттің

суды сіңіру қабілеттілігі

Сорбент негізі	Суды сіңіруі, %	Негізі
“Peatsorb” Clon Inc., Канада Лигнин Майдаланған қамыс сабақтары Арпа қауызы Модификацияланған шлиф-шаң Құмық қауызы Жапырақты майдаланған қамыс Опилка Опилка Ағаш опилкасы Бидай сабаны (майдаланған) Майдаланған қамыс Торф	0,26 0,9...1 0,91 1 1,2...2,1 2,2 2,2 2,5 2,95 4,31 4,3 4,68 24,28	189 122 188 191 152 189 188 191 188 189 189 189 189

Су бетіндегі мұнай және мұнай өнімдерін тазалау үшін дайындалған әртүрлі жаңалықтар және патенттер бар. Бұл жұмыстардың маңыздылығы мұнай және мұнай өнімдерін су бетінен алу үшін құрамында көмірсутегі бар сорбенттер сумен жанасады. Сорбенттер ретінде қарақұмық дәндерінің қабығы қолданылады, ол 150-450⁰С температурада 10-20 минут өңделеді, соңынан көмірсутекті немесе органикалық ерітінділермен және олардың қоспасымен регенерацияланады. Тазалау процессінде лас мұнай 10 минут ішінде сорбентке сіңеді және мұнаймен қаныққан сорбент су бетінен механикалық жеңіл жинап алынады және регенерацияланады. Мұнаймен қаныққан сорбентті регенерациялауды бензинмен өңдеу арқылы жүргізеді. Осы кезде сорбент толығымен мұнайдан тазарады. Алынған бензинді мұнай ерітіндісі қайта айдалады да, бензин ығыстырылып шығып қалдық болып қалады.

Су бетіндегі және ағынды сулардағы мұнай және мұнай өнімдерін жинап алатын осы әдіс басқа белгілі әдістермен салыстырғанда өнімділігі жоғары. Алайда, алдын-ала сорбентті 150-450⁰С термиялық өңдеуден өткізу процессі күрделі болғандықтан, бұл әдістің болашағы жоқ.

Су бетіндегі мұнай және мұнай өнімдерін алып тастап, тазарту үшін целлюлозаға негізделген табиғи адсорбенттермен сорғызып алу әдістері де бар. Жұмыста целлюлозаға негізделген табиғи адсорбент ретінде Populus ағашының түбіті пайдаланылады. Бұл әдістің маңыздылығы сол, осы уақытқа дейін Populus ағашының түбіті пайдаланылған емес. Түбіт негізінен, целлюлозадан және аз ғана мөлшердегі воск үлгісіндегі заттан тұрады. Түсі ақ және суды бойына жинамайтын қасиеті бар, суға қарағанда өте жеңіл. Оның құны жинап алу іс-әрекетімен ғана байланысты, оны орындау өте оңай, арнайы шаңсорғыш көмегімен ағаштан сорылып алынады.

Түбітті пайдалануда, мұнаймен ластанған су бетінде мықты мұнай сорбентті жұмыр заттар түзіледі, ол су бетінен механикалық жолмен алынады. Адсорбент ретінде Populus ағашының табиғи түбітін пайдалану мұнай өнімдерін адсорбциялауға қарағанда анағұрлым тиімді. Оның сорбциялау қасиеті мазут үшін 70,0 г/г, ал машина майы үшін – 79,8 г/г. Алайда бұл әдістің ең бір маңызды кемшілігіне, Populus ағашының түбітін табудың қиындығы жатады.

Суды мұнай және мұнай өнімдерінен тазалау әдістеріне бірқатар жұмыстар арналған, соның ішінде мұнай-сорбенттері ретінде ерітілген парафин сіңірілген, ағаш үгінділері пайдаланылады. Осындай үлгімен алынған үгінділер ісінбейді және батпайды, ал көмірсутекті мұнай қабыршағы және басқа оларды суландыратын заттар үгінділерге жабысады және сол күйінде су бетінен оңай жинап алынады, мысалы, айналмалы күректі ысырып жинап алғыш. Алдын-ала патронға салынған осындай үгінділер үстінен ағынды су жіберіледі, суландыратын компоненттерінің коагуляциялануына ықпал жасайды, олардың тұнуын жеңілдетеді.

Парафиннің құнды, таптырмайтын материал болуына байланысты және үгінділердің оны бойына сіңіруі қосымша операцияларды талап етеді. Гидрофобты сіңіріп алғыш ретіндегі материалдың тиімділігін арттыру мақсатында қалқыма майын пайдаланады. Қалқыма майы ағаштарды қайта өңдеу заводтарында 350-600⁰С температура аралығындағы роторларда отынды, көмірге айналдыру арқылы жасалады. Май сіңірілген ағаш үгінділері кептіріледі, сосын барып су бетіндегі ластаушы мұнай және мұнай өнімдерін жинауға пайдаланылады.

Алайда, бұл әдістің де кеңінен тарап пайдаланылуына кедергі болып тұрған маңызды кемшіліктері бар. Сол себепті суды мұнай және мұнай өнімдерінен синтетикалық қатты полимермен адсорбциялау арқылы тазалау әдісі ұсынылады. Полимер орнына циклопентадионді қосындылар немесе олардың алкенилароматты қосындылармен қоспасы алынады.

Пайдаланатын ұнтақ түріндегі адсорбент мұнай және мұнай өнімдеріне салмақ жағынан 1:1:3 деп алынып, қоршаған орта температурасында тазаланатын жерге себіледі. 1-5 минутта мұнай және мұнай өнімдері толығымен (100%) адсорбцияланады. Бұдан әрі адсорбент механикалық жолмен алынып тасталады. Мұнай өнімдерінен тазартылғаннан кейін адсорбент оңай регенерацияланады және қайта пайдаланылады. Су бетін мұнай және мұнай өнімдерінен тазалайтын, жоғарыда айтылған сорбенттердің басты және маңызды кемшіліктері, олардың қымбаттылығы немесе қиын жолмен алынатындығы. Оларды алу жоғары температуралық процестерге байланысты немесе қосымша органикалық реагенттерді қажет етеді.

Су бетін мұнай және мұнай өнімдерінен тазалау арнайы арнайы жүзіп жүретін пантондар, мұнай жинағыштар, кеме құралдары көмегімен атқарылатыны белгілі, сонымен бірге әртүрлі жүзіп жүретін сорбенттер көмегі де пайдаланылады. Пантондар мұнай жинағыштар және кеме құралдары төгілген мұнай қалың қабаты (5-10,0 мм) болғанда ғана жинауға қабілетті. Әртүрлі жүзіп жүретін сорбенттер жұқа қабатты төгілген мұнайды жинап, тазартуға мүмкіндік береді, алайда су бетін толық тазартып шықпайды. Сорбенттер тазалауға қажетті су бетін толық жапқанмен де сорбент бөлшектері арасынан қабыршақты мұнай су бетінде қалып қояды. Мұнай қалдықтарын толық жинап алу үшін ластанған су бетін бірнеше рет тазалау керек немесе сорбенттерді өте көп мөлшерде қолдану қажет.

Мұнайды жинаудың техникалық жағдайын талдау және сорбциялардың физико-химиялық заңдылықтары су бетінен топырақтан мұнай және мұнай өнімдерін жинауға арналған сорбентке қойылатын негізгі талаптарды белгілеуге мүмкіндік береді. Оларға жекелеп айтсақ, сорбенттің жоғары мөлшерде мұнайды жұту және суды нашар жұту қасиеттері, жиналған мұнайдың утилизациялануына қарай сорбенттің регенерациялану мүмкіндігі, құнының төмен болуы, оңай табылуы, арзан болуы, пайдалану үшін технологиялы және т.б. жатады

Жоғарыда айтылғандарға байланысты ауыл-шаруашылығының әртүрлі қалдықтары (сабан, қамыс, дән қабықтары және т.б.) қызығушылық туғызады. Себебі олар арзан, қол астындағы және кең тараған сорбенттер болып табылады. Осы зерттеудің мақсаты мұнай және мұнай өнімдерінен су бетін тазартудың тиімділігін арттыру, ол үшін күріш шаруашылығының көп тонналы қалдықтарын- күріш дәнінің қабығын пайдалану. Бұл қалай іске асырылады: қабыршақ мұнаймен жабылған су бетіне азғантай мөлшерде күріш дәнінің қабығын шашады, ол судағы мұнай қабыршағын бірден бұзады және қабыршақ мұнайды су бетінен күріш қабығының гидрофобты беті жылдам өзіне тарта бастайды.

Мұнай сорбенті ретінде күріш қабығын таңдап алу себебі, күріш қабығы барлық қасиеттері жағынан бұған дейін белгілі болған өсімдік тектес мұнай сорбенттерінен артықшылығы басым. Бұдан басқа күріш өндірісінің қалдығы деп есептелетін күріш қабығы жанбайды, шірімейді және мал азығына жарамайды, оның мұнаймен ластанған су бетін жабу процесінде біркелкі шашылып түсуі өте маңызды және мұнай сіңірген сорбентті жинауда ыңғайлы.