Очистка водных объектов от нефти и нефтепродуктов сорбционным материалом на основе пенополиуретана, растительных и полимерных отходов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат наук Иванова Мария Александровна

• Иванова Мария Александровна
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Иванова Мария Александровна

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Аналитический обзор

1.1 Ликвидация нефтяных загрязнений

1.1.1 Влияние нефти и нефтепродуктов на загрязнение окружающей

среды

1.1.2 Классификация существующих методов очистки и ликвидации

нефти и нефтепродуктов с водной поверхности

1.1.3 Классификация сорбентов для ликвидации нефти и нефтепродуктов

с водной поверхности и их характеристика

1.1.4 Критерии выбора нефтяного сорбента для локализации аварийных разливов нефтепродуктов на водных объектах

1.2 Исходные материалы для получения нефтяного сорбционного материала на основе пенополиуретана, растительных и полимерных отходов

1.2.1 Пенополиуретаны

1.2.2 Растительные, сельскохозяйственные и полимерные отходы

1.3 Основы сорбционной технологии

1.3.1 Сорбция из водных растворов

1.3.2 Кинетика и динамика сорбции из водных растворов 55 Глава 2 Материалы и методы исследования 59 2.1. Характеристики исходных компонентов для синтеза сорбционного материала на основе пенополиуретана, растительных и полимерных отходов

2.1.1 Характеристики нефти и нефтепродуктов

2.1.2 Технология получения нефтяного сорбционного материала на основе пенополиуретана, растительных и полимерных отходов

2.1.3 Методы исследования нефтяного сорбционного материала

2.1.4 Определение химического потребления кислорода (ХПК)

2.1.5 Определение теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме

2.1.6 Определение количества поглощенной нефти сорбционным материалом методом центробежного сепарирования и исследование возможности его многократного использования

2.1.7 ИК-спектроскопические исследования

2.1.8 Микрофотографии сорбционного материала

2.1.9 Определение потерь влаги при сушке на термогравиметрическом анализаторе влажности UMS-70

2.1.10 Определение «плавучести» сорбционного материала 77 Глава 3 Сорбционный материал на основе пенополиуретана, растительных, полимерных отходов и результаты его исследования

на нефтеемкость

3.1 Химизм процесса образования сорбционного материала на основе пенополиуретана и наполнителей растительного происхождения

3.2 Сорбционный материал на основе пенополиуретана, шелухи гречихи и результаты его исследования на нефтеемкость

3.3 Сорбционный материал на основе пенополиуретана, растительных отходов Вьетнама и результаты его исследования на нефтеемкость

3.4 Сорбционный материал на основе пенополиуретана, скорлупы грецких орехов, а также перемолотых стержней початков кукурузы и результаты его исследования на нефтеемкость

3.5 Сорбционный материал на основе пенополиуретана, древесных опилок и результаты его исследования на нефтеемкость

3.6 Сорбционный материал на основе пенополиуретана, вспененного пенополистирола и результаты его исследования на нефтеемкость

3.7 Исследование процесса сорбции-десорбции нефти сорбционным 109 материалом

3.8 Регенерация поглощенной нефти сорбционным материалом методом центробежного сепарирования и исследование возможности его многократного использования

3.9 Сорбционный материал на основе растительных и полимерных отходов

3.9.1 Назначение и область применения

3.9.2 Общая характеристика сорбционного материала

3.9.3 Преимущества сорбционного материала 122 Глава 4 Альтернативные способы использования сорбционного материала Гринсорб

4.1 Результаты очистки сточных вод химических предприятий

4.2 Результаты исследования сорбционного материала Гринсорб на теплопроводность 128 Глава 5 Технология производства сорбционного материала Гринсорб

5.1 Описание технологического процесса и схемы

5.2 Мобильный комплекс для изготовления сорбционного материала

5.3 Материальный баланс

5.4 Методика утилизации отработанного сорбционного материала на основе пенополиуретана, растительных и полимерных отходов путем введения в битум 139 Глава 6 Наработка опытной партии сорбционного материала для апробирования его в полевых условиях и эколого-экономический расчет 142 Глава 7 Метрологическая обработка результатов 145 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 171 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложения

Приложение А. Технологический регламент и технические условия сорбента Гринсорб

Технологический регламент по изготовлению сорбента Гринсорб на основе пенополиуретана, растительных и полимерных отходов

Технические условия сорбента Гринсорб на основе пенополиуретана, растительных и полимерных отходов

Приложение Б. Таблицы со значениями нефтеемкости сорбционных материалов на основе пенополиуретана, растительных и полимерных отходов

Приложение В. Результаты проведения полевых испытаний сорбента

Приложение Г. Акт опытной проверки сорбционной способности сорбента на основе пенополиуретана и измельченной рисовой соломы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВСП - вспененный пенополистирол; ГО - грецкий орех;

Гринсорб - сорбционный материал на основе ППУ, растительных и полимерных отходов;

ДА - деструктирующий агент;

ДО - древесные опилки;

МДИ - метилендифенилдиизоцианат;

ОА - опилки акации;

ПБВ - полимер-битум вяжущее;

ПИЦ - полиизоцианат;

ПК - початки кукурузы;

ППУ - пенополиуретан;

ППУЖ - жесткий ППУ;

ППУ-ОЗК - сорбент на основе пенополиуретана и отходов зерновых культур;

ППУЭ - эластичный ППУ; ПС - полимерный сорбент; РС - рисовая солома; РШ - рисовая шелуха; СМ - сорбционный материал; СО - скорлупа ореха;

ХПК - химическое поглощение кислорода; ШГ - шелуха гречихи.

ВВЕДЕНИЕ*

Актуальность темы. Разливы нефти и нефтепродуктов - сырья нефтехимических процессов по масштабам распространения и количеству источников загрязнения окружающей среды превосходят все другие вредные факторы. Они происходят при производстве, транспортировке, переработке, хранении, приеме, отпуске и использовании нефти и нефтепродуктов. При этом наиболее трудна ликвидация разливов на поверхности воды. В Республике Татарстан и в Российской Федерации развиты как нефтедобывающая, так и нефтеперерабатывающие отрасли промышленности. Кроме того, по территории РТ и РФ протекает множество рек, которые в настоящее время испытывают техногенное воздействие, обусловленное большим количеством вредных выбросов и стоков от гигантов химической индустрии.

Из существующих и перспективных направлений ликвидаций разливов выделяются методы, осуществляемые с помощью сорбентов.

Предложено достаточно много сорбционных материалов (СМ) для удаления нефти и нефтепродукты с поверхности воды, однако с точки зрения технико-экономической эффективности разработка таких материалов остается актуальной

В качестве природных сорбентов используются материалы на основе угля, торфа, отходов зерновых культур. Среди синтетических известны материалы на основе полипропилена, пенополистирола, пенополиуретана (ППУ) и др.

Также разработано много сорбентов на основе отходов сельскохозяйственных производств Утилизация данных отходов является отдельной экологической проблемой. Неконтролируемый их вывоз в отвал ведёт к загрязнению территории и нарушению ландшафта. Достигнув определённых насыпных объёмов, отходы становятся источником достаточно мощного тепловыделения, провоцирующего интенсивное горение, что

приводит к созданию пожароопасной ситуации и вторичному загрязнению окружающей среды.

В диссертационной работе Чикиной Н.С. (2010 г.) использована шелуха гречихи в качестве наполнителя полужесткого ППУ, применяемого в качестве сорбента для ликвидации нефтеразливов на водных объектах. В тоже время для сохранения «плавучести» сорбента в сатурированном состоянии при его получении применялась смесь гидроксилсодержащих компонентов (для эластичного и жесткого ППУ), что существенно усложняло и удорожало технологию. В этой связи целесообразно было упростить технологию, используя один вид гидроксилсодержащего компонента. Также, спектр отходов растительного происхождения не ограничивается одной шелухой гречихи и зависит от региона их произрастания. Так, для южных районов России наиболее характерны отходы риса, кукурузы, косточковых. Большую проблему представляют собой полимерные отходы, в частности пенополистирольная и пенополиэтиленовая упаковка, которую также целесообразно использовать в качестве ингредиента сорбента.

В этой связи усовершенствование технологии получения сорбционного материала и расширение спектра растительных и полимерных отходов в качестве его наполнителей для ликвидации разливов нефти является актуальным и целесообразным.

Цель исследования: очистка водных сред от нефти и нефтепродуктов с помощью высокоэффективного сорбционного материала на основе пенополиуретана, наполненного отходами сельскохозяйственных и полимерных производств.

Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Провести анализ способов ликвидации нефтеразливов для эффективной ремедиации окружающей природной среды;

2. Обосновать выбор сорбционного материала для ликвидации нефтеразливов;

3. Исследовать влияние типа наполнителя и способа его введения в ППУ на скорость процесса получения, технологичность, основные физико-механические показатели и нефтеемкость сорбционных материалов; выбрать условия их получения;

4. Обосновать возможность использования сорбционного материала на основе ППУ, растительных и полимерных отходов;

5. Разработать способ и техническую документацию на уровне технологического регламента и технических условий получения и применения сорбционного материала на основе ППУ, растительных и полимерных отходов в стационарных условиях химического производства и в условиях чрезвычайных ситуаций;

6. Апробировать разработанный сорбционный материал в натурных условиях для ликвидации нефтемаслоразливов и оценить предотвращенный экологический ущерб при использовании для сбора разлива нефти сорбционного материала на примере разлива нефтепродукта в акватории затона Казачий реки Волга Волгоградской области.

7. Показать возможность использования разработанного сорбционного материала для очистки химзагрязненных сточных вод.

Научная новизна.

Разработан способ ликвидации нефтяных загрязнений новым сорбционным материалом на основе компонентов А и Б эластичного пенополиуретана и измельченной рисовой соломы и определены их соотношения 1 : 0,6 : 0,48 масс., что позволяет сохранить его «плавучесть» в сатурированном состоянии и обеспечить сорбционную емкость по отношению к нефти до ~ 13 г/г.

Установлено, что сорбционный материал обладает селективностью сорбции и имеет поглощающую способность по отношению к нефти более высокую, чем к воде, коэффициент селективности сорбции которых составляет 0,4 для времени экспозиции 120 минут.

Выявлено химическое взаимодействие реакционноспособных гидроксильных групп лигнина и целлюлозы, находящихся в растительных наполнителях с изоцианатсодержащим компонентом при синтезе пенополиуретана, приводящее к образованию дополнительной пространственной сетки полимера, повышающей прочность и долговечность материала, что позволяет его многократное до 4 раз использование при сохранении первоначальной сорбционной способности и отделение поглощенных нефти и нефтепродуктов в количестве до ~ 99,5% путем центробежного сепарирования.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Работа соответствует паспорту научной специальности ВАК 03.02.08 - Экология (в химии и нефтехимии) по п.4.5 «Научное обоснование принципов и разработка методов инженерной защиты территорий естественных и искусственных экосистем от воздействия предприятий химических и нефтехимических отраслей промышленности».

Научное и практическое значение.

С целью ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности разработана технология производства сорбционного материала на основе пенополиуретана и измельченной рисовой соломы (ТУ 1976-025-02069639-2015, ТР 45-16-12), позволяющая производить сорбционный материал как в стационарных заводских условиях, так и на месте аварий в режиме чрезвычайных ситуаций за счет направленного регулирования скоростью его получения (от 8 до 16 минут), сократив время на сбор аварийных выбросов нефтепродуктов и топлив. При этом снижаются экономические затраты на транспортировку традиционно используемых объемных сорбентов на место аварии за счет возможности супербыстрого его производства с 20-кратным увеличением объема.

Проведены полевые испытания промышленных образцов сорбционного материала ООО «Научно-производственная фирма «Современные технологии»,

г. Йошкар-Ола на возможность использования сорбционного материала с применением серийных распылителей, на «плавучесть» и нефтеемкость. Выявлено, что сорбционный материал по своим характеристикам соответствует заявленным и целесообразен для применения по прямому назначению. Также сорбционный материал положительно апробирован с целью ликвидации разлива технического масла «ВМ-1» на ООО «Весто», г. Казань.

Положения, выносимые на защиту:

1. Способ получения и использования сорбционного материала, обладающего высокой сорбционной и удерживающей способностью на основе ППУ, растительных и полимерных отходов, с целью ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов, позволяющий производить сорбционный материал как в стационарных заводских условиях, так и на месте аварий в режиме чрезвычайных ситуаций за счет направленного регулирования скоростью его получения (от 8 до 16 минут) с сокращением времени сбора нефтепродуктов и топлив в случаях их аварийных сбросов.

2. Результаты исследования по обоснованию возможности использования наполнителей в виде растительных и полимерных отходов для получения сорбционного материала на основе ППУ.

3. Основные закономерности и условия получения сорбционного материала на основе ППУ, растительных и полимерных отходов.

4. Данные по влиянию химической структуры и количества наполнителей на сорбционную способность сорбционного материала по отношению к нефти.

5. Направление реакции химического взаимодействия реакционноспособных гидроксильных групп растительных наполнителей с изоцианатсодержащим компонентом при синтезе ППУ.

6. Возможность отделения поглощенного продукта до 99,5% центробежным сепарированием и многократного использования регенерированного сорбционного материала.

Методология и методы исследования. В работе осуществлено аналитическое обобщение сведений, содержащихся в научно-технической и специальной литературе. В исследованиях применялись: гравиметрический, ИК-спектрометрический, титрометрический методы анализа. При получении сорбционного материала проводились испытания по технологической пробе при свободном вспенивании согласно ТУ 6-55-32-89. Деформационные показатели определялись по ГОСТ 26605-93, эластичность по ГОСТ 27110-86, остаточная деформация по ГОСТ 18268-72, исследования термостабильности по ГОСТ Р 57931-2017 Композиты полимерные.

Проведены лабораторные исследования, укрупненные испытания и обработка экспериментальных данных математическими методами с применением программных пакетов Microsoft Office Excel. Выполнены расчеты эколого-экономической эффективности и предотвращенного экологического ущерба по общепринятым методикам.

Достоверность полученных результатов обеспечивается значительным объемом обработанного материала лабораторных исследований, а также подтверждается публикациями в журналах из списка Web of Science и рекомендованных ВАК Российской Федерации. Экспериментальные исследования выполнены с использованием современного поверенного оборудования и средств измерений, стандартных методик качественного и количественного анализа.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Очистка водных объектов от нефти и нефтепродуктов сорбционным материалом на основе пенополиуретана, растительных и полимерных отходов»

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: Республиканском молодежном форуме, площадка -Интеллект, г.Казань, 2011 г.; II Международной научно-практической конференции «Современные проблемы безопасности жизнедеятельности: теория и практика», г.Казань, 2011 г.; Республиканском конкурсе научных работ на соискание премии им. Н.И. Лобачевского, г.Казань, 2011 г.; конференции «Кирпичниковские чтения», г.Казань, 2012 г., 2013 г.; 21 -й, 22-й

международной специализированной выставке «Нефть, газ. Нефтехимия» в рамках Татарстанского нефтегазохимического форума, г.Казань, 2014 г.,

2015 г.; XI Международной конференции молодых ученых по нефтехимии Памяти академика В.М. Грязнова (в рамках Moscow Science Week), г. Звенигород, Московская область, 2014 г.; Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития научного знания в XXI веке», г. Тамбов, 2014г.; Всероссийской научно-практической конференции «Тенденции развития химии, нефтехимии и нефтепереработки», г. Нижнекамск, 2015 г.; III Международной молодежной научной конференции «Экология и рациональное природопользование агропромышленных регионов», г. Белгород, 2015 г.; международной конференции International Workshop on Nanoscience and Nanotechnology Opportunities for Academia & High Tech Industry Joint 4th Asia-Pacific Chemical and Biological Microfluidics Conferences (IWNN-APCBM 2015) (Международный семинар по нанонауке и нанотехнологии для Академии и высоких технологий 4-я Объединенная Азиатско-Тихоокеанская конференция химических и биологических микрофлюидов), Вьетнам, 2015 г.; IX Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы инновационного развития нефтехимии», г. Нижнекамск, 2016 г.; XVI Международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение», г. Казань,

2016 г.; на IV Международной молодежной научной конференции «Экология и рациональное природопользование аграрных и промышленных регионов», г. Белгород, 2016 г.; на XX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии, г. Екатеринбург, 2016 г.; научных сессиях в КНИТУ, г. Казань, 2014, 2015, 2016, 2017 гг.; Международной конференции «Renewable plant resources: chemistry, technology, medicine», г. Санкт-Петербург, 2017 г.; международном симпозиуме «International Biomaterials Symposium», Danang, 2018 г.; международной выставке «Caspian Oil & Gas», Азербайджан, г. Баку, 2018 г.

Данная работа была удостоена дипломом финалиста Республиканского молодежного форума, площадка - Интеллект (г. Казань, 2011 г.), а также получила Золотую медаль на конкурсе инновационных биотехнологических решений (г. Санкт-Петербург, 2017 г.).

Личный вклад автора заключается в разработке методик проведения исследований, анализе и обобщении литературных данных и результатов собственных исследований, в разработке технологической схемы получения сорбционного материала на основе ППУ, растительных и полимерных отходов, оценке эффективности его применения в ликвидации нефтяных разливов, в написании статей.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 5 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК РФ, две из которых в журналах из перечня Scopus и Web of Science, 13 - в других изданиях и материалах конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованных источников. Основное содержание изложено на 229 страницах машинописного текста, включающих 65 рисунков, 90 таблиц и четыре приложения. Библиографический список содержит 220 наименований цитируемых работ российских и зарубежных авторов.

Автор выражает благодарность д.т.н., профессору кафедры «Технология синтетического каучука» ФГБОУ ВО «КНИТУ» Зенитовой Любовь Андреевне за руководство, поддержку и внимание к работе.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Ликвидация нефтяных загрязнений 1.1.1 Влияние нефти и нефтепродуктов на загрязнение окружающей среды

Быстрый прогресс современного общества и технологий вызвал ряд негативных последствий для всего человечества, заключающийся в отрицательном воздействии на природу. Наиболее опасными факторами для жизни и здоровья людей являются, в первую очередь, сокращение запасов пресной воды, резкое увеличение содержания в окружающем мире токсичных веществ, рост вредных выбросов в атмосферу, постоянно увеличивающийся уровень радиационного фона и т.п. Повсеместное загрязнение окружающей среды и быстрое истощение природных ресурсов могут привести к мировому кризису все человечество и, в первую очередь, окажут негативное влияние на здоровье людей [1-4].

На данный момент развития цивилизации наиболее опасными факторами загрязнения окружающей среды являются нефть, нефтепродукты и их производные. Не оставляет без внимания факт большого количества случаев разливов этих продуктов по всему миру, нанося непоправимый урон планете. Уже более двух столетий ведутся активная разведка и добыча все большего количества нефти, что требуется для нужд человеческого прогресса. Объемы добычи нефти увеличиваются прямо пропорционально росту числа населения и запросов для эксплуатации различной техники. Как следствие, учащаются случаи аварий при добыче, транспортировке нефти или эксплуатации устаревшего оборудования [5-7].

Предприятия нефтеперерабатывающей промышленности являются крупнейшими загрязнителями атмосферы, воды и почвы. На их долю приходится 7,6 % загрязнений [8].

Нефть - ценнейшее природное сырье, без использования которого невозможна современная цивилизация и дальнейшее ее развитие. Однако с возрастанием объемов добычи, транспортировки, хранения, потребления, переработки нефти и нефтепродуктов, увеличиваются площади их разливов, что приводит к загрязнению окружающей среды и наносит непоправимый урон всему человечеству [9].

По характеру возникновения загрязнения подразделяются на естественные и антропогенные. Естественные загрязнения возникают в результате природных процессов, вне всякого влияния человека на эти процессы, антропогенные - в результате хозяйственной и промышленной деятельности человека [10-12].

Источники загрязнения окружающей среды нефтепродуктами представлены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Источники загрязнения окружающей среды нефтепродуктами

Ежегодно по всему миру происходят аварийные разливы нефтепродуктов. Наибольшую экологическую опасность представляют собой аварии танкеров и нефтеперевозящих судов. Так, катастрофа нефтеналивного танкера «Престиж», произошедшая в ноябре 2002 года, привела к загрязнению более 3 тысяч километров побережья Великобритании, Франции и Испании. В докладе Всемирного Фонда дикой природы сообщились результаты произошедшей катастрофы: погибло более 300 тысяч птиц и рыб, в следствие

чего произошли большие потери в рыболовстве, а в море вылилось 64 000 тонн мазута и нефтепродуктов. При аварии танкера «Экссон Валдиз», произошедшей на Аляске в 1989 г., в воду поступило более 70 000 тонн нефти и нефтепродуктов, которые нанесли непоправимый урон порядка 1200 километров побережья. В период штормов, прошедших в ноябре 2007 года на Керченском проливе, потерпели крушение несколько транспортных средств. В результате произошедшего в море оказалось около ста тонн нефти и нефтепродуктов. Эти катастрофы показали, на сколько велика опасность загрязнения нефтью и ее производными, нанося непоправимый урон для окружающей среды.

Трудно оценить в полной мере все последствия разливов нефти и нефтепродуктов, наносимые экологии, по причине того, что масштабы нефтяных загрязнений нарушают течение большинства естественных процессов, происходящих в природе [13].

Масштабы распространения разливов нефти и нефтепродуктов в водной среде зависят от большого количества факторов, например, от состава нефтепродуктов, силы ветра, температуры, скорости течения воды и многих других. Нефть, которая попала в воду, может расплываться, растворяться, испаряться, оседать на дно водного объекта или может оказаться на береговой поверхности, тем самым загрязняя почву и растительный мир [14,15].

Загрязнение нефтяными разливами, произошедшее на водных территориях, приводит к негативным последствиям для всей окружающей среды. Попадание в водный объект 1 литра нефтепродуктов ограничивает доступ кислорода в 40 тоннах воды, а тонна нефти загрязняет площадь, размером 12 кв. км [16]. Нефть наносит большой вред всем видам живых организмов, а вода приобретает токсические свойства, запах, меняет цвет, рН и вязкость [17]. Нефть оказывает внешнее влияние на птиц, прием пищи, загрязнение яиц в гнездах и изменение среды обитания. От разлитой нефти гибнут морские млекопитающие [18-20]. От подобных аварий страдает не

только животный и растительный мир. С проблемами сталкиваются различные отрасли экономики, особенно те предприятия, деятельность которых нуждается в большом количестве воды [21].

1.1.2 Классификация существующих методов очистки и ликвидации нефти и нефтепродуктов с водной поверхности

Каждое мероприятие, направленное на защиту окружающей среды, оценивается с экономической точки зрения и определяется с учетом технических возможностей того или иного предприятия [22-24].

В соответствии с российским законодательством по вопросам реагирования на разливы нефтепродуктов, можно обозначить классификацию по чрезвычайным ситуациям, произошедшим в результате нефтеразливов:

- разлив локального значения;

- разлив регионального значения;

- разлив федерального значения [25].

Для сбора и извлечения нефти и ее производных с водной поверхности применяются различные методы, классификация которых приведена на рисунке 1.2 [26 - 36].

Термический метод является самым старым способом очистки водной поверхности. Этот метод основан на выжигании нефтяного пятна и применим сразу после произошедшего разлива в случае, когда толщина слоя достаточно большая [37, 38].

Сжигание нефтепродукта возможно лишь в обстоятельствах, при которых невозможно применить другие методы, поскольку имеется большое число ограничений использования этого способа, например, скорость ветра и течения в водной среде [39]. Одним из наиболее негативных факторов метода сжигания нефти является поднимающееся в небо черное облако дыма [40].

Методы сбора и из плешин нефти и нефтепродуктов с поверхности води

Термический

Возможность

[[[ш^сш'нии:

при толще пленки более 3 мм.

скорости ветра менее

35 ш/ч, безопасном расстоянии ло 10 км от места сжигания по направлению ветра, дополнительные противопожар-ные меры

Сжигание нефтепродукта

Механический

Возможность применения:

при соответствии технических характеристик используемых средств в условиях разлива

Осаждение на дно водоема; Coop при помощи сорбентов: Откачка смеси нефтепродукта и воды

Физико-химическиЛ

Возможность применения:

диспергенты как вспомогательный метод в тех случаях, когда механический coop невозможен: при глубине свыше 10 ы. температуре воды ниже

5еС и наружного воздуха ниже 10гС

Обработка химическими реагентами

Диспергирование вефтехнмпродукта в воде: Переьол нефтепродукта в гелеобразное состояние

Микробиологи ческий

Возможность применения:

как

дополнительный

метол: при толщине пленки не

менее 0.1 мм

Микробиологическое разложение нефтехимпро лукта бактериями

Возможность применения:

для сбора нефти непосрелствен-но с поверхности воды. Нефтес борные системы предназначены для

сбора нефти с поверхности моря во время движения нефтесборных судов, то есть на колу.

Боновые заграждения Нефтес бортики:

Скнммеры; Нефгемусоро-с борщики

Рисунок 1.2 - Классификация методов сбора и извлечения нефти и нефтехимпродуктов с поверхности воды

Основным методом устранения разлива нефтепродуктов считается механический метод. Наиболее подходящим временем для применения этого способа являются первые часы после нефтеразлива в связи с тем, что слой

нефтепродуктов остается еще большим, и это увеличивает эффективность метода [41, 42].

Важным этапом очистки водной поверхности от нефтепродуктов является использование сорбентов. Во всем выпускается и потребляется около 200 разнообразных видов сорбентов. Использование сорбентов многократно подтверждало свою высокую эффективность при сборе разливов нефтехимпродуктов. Сорбенты можно применять вне зависимости от внешних условий, при этом расходы на хранение и транспортировку будут минимальными [43-45].

В процессе, происходящем при химической очистке сточных вод, образуется осадок, требующий уничтожения другими способами очистки. Эффективными, но дорогими способами очистки водной среды являются процессы ультрафильтрации, экстракции, коагуляции, обратного осмоса и ионообменной очистки [46, 47].

Использование физико-химического метода с применением диспергентов возможен в тех ситуациях, когда механический сбор нефти не подходит по причине низкой эффективности [48].

Использование диспергаторов (поверхностно активных веществ) подходит только для морей и океанов [49].

Использование микроорганизмов, которые поглощают нефтепродукты, применяются при биологическом способе очистки водной среды. Этот метод эффективен, в случае толщины нефтяной пленки не менее 0,1 мм.

Применение биопрепаратов и консорциумов микроорганизмов являются эффективной биотехнологией по очистке водных территорий, загрязненных нефтепродуктами [50-52].

При применении микроорганизмов и биопрепаратов для устранения нефтеразливов нужно учитывать такие факторы, как состав нефти и нефтепродуктов, их свойства, условия климата окружающей среды и многие другие [53, 54].

Боновые заграждения являются наиболее эффективным средством для локализации разлива. Заграждения бывают плавучими и подводными.

Но при быстром течении использование боновых заграждений на водных объектах является затруднительным мероприятием. В подобных случаях рекомендуется сдерживать и изменять направление движения нефтяного пятна судами-экранами [55, 56].

При ликвидации нефти и очистки в акваториях применяются различные аппараты, такие как, мусоросборщики и нефтесборщики с разнообразным набором устройств для удаления нефтепродуктов и мусора [57, 58].

Несмотря на меры, направленные на предотвращение проблемы загрязнения нефтью и ее производными окружающей среды, данная проблема является актуальной для всего мира [59].

Исходя из опыта ученых всего мира и множества катастроф, связанных с разливами нефтепродуктов, можно сделать вывод, что процесс ликвидации нефтяного разлива требует больших финансовых затрат, человеческих ресурсов и технических средств.

При очистке поверхности водоема большую сложность представляет собой сорбция тонких, так называемых «радужных» пленок, которые являются очень токсичными и препятствуют поступлению кислорода [60, 61].

Важным моментом при разливе нефтепродуктов на водной территории является определение масштабов и последствий произошедшего. Необходимо учитывать все факторы, сопровождающие катастрофу, во избежание наступления необратимых последствий, к которым приведет использование недопустимого способа ликвидации нефтеразлива или непринятие во внимание каких-либо важных факторов (направление ветра, скорости течения и т.д.) [62, 63]. Немаловажным является устранение последствий аварий.

В связи с вышесказанным, важной и актуальной задачей является усовершенствование методов очистки различных поверхностей от загрязнений нефти и нефтепродуктов, позволяющих уменьшить антропогенную нагрузку на

объекты окружающей среды и снизить себестоимость очистки. Из существующих и перспективных методов удаления нефтепродуктов с поверхности воды предпочтение отдается сорбционным.

Результаты проведенных исследований позволяют считать, что комплекс технических мероприятий включает в себя несколько этапов, которые приведены на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Схема комплекса технических мероприятий, направленных на ликвидацию разливов нефти и нефтепродуктов на водных объектах

Одним из ключевых этапов этой схемы является применение сорбентов, виды и типы которых насчитывают несколько десятков.

Сегодня более 300 компаний в мире производят нефтяные сорбенты. Выбор сорбента и технологии его применения зависят от множества факторов, например, таких как, вид и степень загрязнения, расположения участка загрязнения и многих других [64, 65].

1.1.3 Классификация сорбентов для ликвидации нефти и нефтепродуктов с водной поверхности и их характеристика

Понятие сорбента

Сорбенты представляют собой нерастворимое твердое вещество, которое обладает способностью к поглощению и концентрированию в твердом состоянии извлекаемых составляющих из разных сред - жидкой или газовой. Поглощенные вещества переходят в твердое состояние и остаются в нем с помощью получения связки с функциональными группами или с внутренней поверхностью сорбционного материала [66, 67].

Основным свойством сорбентов является способность к извлечению молекул нужного вещества или к обмену ионов с компонентами, находящимися в газовой или жидкой фазе [68, 69].

Для эффективного использования сорбенты должны обладать комплексом специфических свойств. Решение любой задачи подобного рода нужно начинать с поиска необходимого сорбента, выбирая из широкого ряда имеющихся поглотительных материалов - промышленных и опытных [70, 71].

В связи с этим необходимо рассмотреть основные классы сорбентов и их свойства. Многие существующие сорбционные материалы представлены в виде полимеров с линейной и трехмерной структурой. Эти полимеры обладают органической или неорганической природой и не растворяются в воде. По этой причине, структура сорбентов представляет собой нерастворимый каркас -матрицу, в центрах которой могут содержаться функциональные группировки. Для обеспечения удержания сорбируемого вещества в твердой фазе, матрица и активные группы могут взаимодействовать с этим веществом [72-74].

Общая классификация сорбентов

Основные свойства современных сорбентов зависят от химического строения и физической структуры активных групп.

В современных методах успешно применяется широкий спектр сорбентов различного происхождения - синтетического и природного.

Сорбционные материалы, имеющие природное происхождение:

1. Неорганические: мордениты, цеолиты, шабазиты, клиноптилолиты;

2. Минерально-органические: угли, торфы, продукты карбонизации древесины [75, 76].

Природные сорбционные материалы нашли место в применении при простых сорбционных процессах практически без предварительной подготовки, например для однократной сорбции без регенерации и возвращения сорбента в рецикл [77, 78].

Разнообразные процессы модификации природных и синтетических сорбентов позволяют значительно увеличить ассортимент сорбентов [79, 80].

Для современных технологий с многократным использованием сорбента наиболее широко применяются сорбционные материалы, разделяющиеся на три основные класса:

1. Неорганические сорбенты синтетического происхождения;

2. Активированные угли и производные их химической модификации;

3. Полимерные сорбционные материалы и ионообменные смолы.

Перечисленные сорбенты имеются в широком ассортименте и

производятся в промышленных масштабах с разнообразными марками [81, 82].

Синтетические сорбенты чаще всего получают на основе карбамидформальдегидных смол, найлона, поливинилхлорида, лавсана, полипропилена, нитрона [83].

Далее рассмотрим классификацию полимерных сорбентов (ПС).

Классификация полимерных сорбентов

Основными параметрами пористой структуры сорбентов являются пористость (объем пор), удельная поверхность, размер пор, размеры зерен. По пористой структуре их можно разделить на микропористые (цеолиты, активные угли - размеры пор менее 0,15 нм), мезопористые (размеры пор от 0,15 до 15 нм), и макропористые (размеры пор более 15 нм), а также непористые сорбенты (рисунок 1.4). Для микропористых сорбентов характерна повышенная сорбционная активность [84, 85].

К непористым сорбентам относят технический углерод (сажа) - продукты неполного сгорания летучих органических соединений, а также «белые сажи».

Мезопористые сорбенты являются наиболее эффективными в области средних концентраций (давлений) сорбтива. Они нашли широкое применение в промышленности.

Полимерные сорбенты

Микропористые Мезопористые

Макропористые

Непористые

Рисунок 1.4 - Классификация полимерных сорбентов

ПС получают полимеризацией в среде инертных разбавителей, в результате которой образуются пространственные полимеры с ячейками, заполненными разбавителем. Разбавитель затем удаляют перегонкой с водяным паром или вакуумной откачкой. В результате образуется полимер с пористой структурой, причем химические свойства поверхности могут задаваться в процессе синтеза [86 - 88].

Использование полимерных сорбентов для ликвидации нефтяных

загрязнений

Среди методов, широко применяющихся для ликвидации нефтяных разливов, восстановления экосистемы, очистка сорбентом является одним из наиболее эффективных способов.

В процессе получения сорбентов для ликвидации нефтяных разливов используется различное сырье. В таблице 1.1 приведены свойства материалов, используемых при сорбции нефтепродуктов и являющихся основой при производстве сорбентов для нефти и ее производных [89, 90].

Таблица 1.1 - Свойства сорбционных материалов для сбора нефтепродуктов

Материал Сорбционная способность к Сорбционная способность к Степень отжима

нефти, г/г воде, г/г нефти, %

Органические материалы природного происхождения

Шелуха гречихи 3,0-3,5 2,2 44

Древесные опилки 1,7 4,3 10-20

Кора осины / сосны 0,5/0,3 0,8/0,8 25/0

Солома пшеничная (сечка) 4,1 4,3 36

Камышовая сечка: листья 6,1 4,6 31

стебли 2,7 3,9 17

Макропористый технический углерод 4,0 - 4,5 0 - 1,0 10 - 81

Лигнин гидролизный 1,5 - 3,0 4,1 25

Отходы ватного производства 8,3 0,26 60

Торф 17,7 24,3 74

Мох сухой 3,5 - 5,8 3,1 - 3,5 -

Шерсть 8,0 - 10,0 4,5 87

Уголь бурый измельченный 1 - 2 0,2 -

Органические материалы синтетического происхождения

Пенополистирол: гранулы волокно 9,3 7,0 - 12,0 4,5 6,0 - 11,5 0 80 - 90

Полипропилен: гранулы волокно 1,6 12 - 40 0,8 1 - 6 0 40 - 80

Каучуковая крошка 5,1 0,3 0

Шины измельченные 3,6 7,2 55

Поролон: листовой 14,5 - 35,2 1,3 - 25,9 75 - 85

гранулированный 36,9 30,7 -

Продолжение таблицы 1.1

Смола

карбамидоформальдегидная: куски порошок 23,3 39,6 0, 1 0,1 0 60

Фенолформальдегидная смола (порошок) 4,4 14,5 0

Лавсан (волокно) 4,7 - 14,1 4,3 - 13,9 60 - 82

Синтепон 46,3 42 - 52 94

Неорганические материалы

Стекловолокно 5,4 1,7 60

Вспененный никель 2,9 3,0 0

Графит модифицированный 40,0 - 60,0 0,5 - 10,0 10 - 65

Перлит 5,0 - 7,0 0,5 0

Базальтовое волокно 37 0,5 27

модифицированное

Сорбционная способность материала зависит от совместимости сорбционного материала, его структуры и от характера поглощаемой жидкости [91].

По структурному типу нефтяные сорбционные материалы подразделяются на волокнистые и объемно-пористые (структура пор -открытая или закрытая). Как показывают данные таблицы 1.1, все волокнистые сорбенты обладают высокой степенью отжима поглощенных нефтепродуктов [92, 93]. Особый интерес представляют собой волокнистые композиционные нефтесобиратели, в которых в качестве наполнителей используются разнообразные растительные отходы [94].

Сорбционные материалы, имеющие в основе отходы лесоперерабатывающего и сельского хозяйства, обладают широким ассортиментом и разнообразием. Эти материалы выпускаются на основе отходов природного происхождения, сельскохозяйственных культур - шелуха различных растений, опилки и многие другие. Практически полная регенерация отработанных сорбентов этого типа затруднительна, так как в процессе отжима происходит нарушение структуры сорбента [95, 96].

Таким образом, из сорбентов синтетического происхождения наибольшей нефтеемкостью обладает пенополиуретан, однако, для него характерно отсутствие селективности, поэтому его применение рекомендуется в оболочке из гидрофобного материала [97, 98].

В связи с этим существует актуальная проблема по разработке и совершенствованию технологии получения эффективного сорбционного материала, обладающего высокой сорбционной емкостью, удерживающей способностью, экономичностью и многократностью использования.

На данный момент в мире используется большое разнообразие сорбентов, применяемых для ликвидации нефтяных разливов. Далее приведена таблица 1.2, в которой указаны свойства сорбентов для сбора нефтепродуктов [99 - 101].

Таблица 1.2 - Свойства промышленных сорбентов для сбора нефти

Марка Материал Температу ра эксплуата ции, °С НЕ, кг/кг ВП, кг/кг Степень отжима, % Расход сорбента для сбора 1 т нефти,кг/т

Пауэр-сорб Полипропилен (волокно) 0...+40 13-25 3-6 70-80 40

IRVELEN Полипропилен (волокно) -30...+40 12-25 5-8 70 43

Мегосорб (Россия) Полипропилен (волокно) +4...+50 35-40 2-4 70-75 0,085

КПФ-сорбент Карбамидный пенопласт 0...+40 40-60 5-10 60-80 25-30

Униполимер Карбамид-формальдегидн ая смола -10...+40 30-50 4,610,0 70-80 33

Версойл Вермикулит -5...+40 8-12 2-17 - 100-120

Peat-Sorb Торф -10...+50 6-7 1,6 0 110

Turbo-Jet Торф -10...+50 3,6 2,0 0 105-120

Сорбойл А Торф -35...+80 2-6,5 0,5 25 556

Продолжение ^ таблицы 1.2

Лесорб Торф -5...+80 9-11 3,6 66 115

Сибсорбент Торф, мох, сапропель -20...+40 2-8 2 10-25 213

Пенографит Графит 0...+40 50-60 1-4 - 23

СТРГ Графит -10...+40 40-60 0,2 - 25-30

1.1.4 Критерии выбора нефтяного сорбента для локализации аварийных разливов нефтепродуктов на водных объектах

Для наиболее эффективного и выгодного проведения работ по ликвидации аварийного разлива нефти и нефтепродуктов необходимо учитывать критерии, по которым подбирается сорбент.

На рисунке 1.5 приведены критерии выбора сорбента для ликвидации разлива нефти и нефтепродуктов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Иванова Мария Александровна, 2020 год

материала

С целью снижения нагрузки на природные объекты был предложен фильтрующий патрон, помещенный в колодец (рисунок 4.3). Схема очистки сточных вод будет происходить следующим образом: очищаемая вода через входной патрубок 9 попадает на решетку 5, закрывающую загрузку фильтрующего патрона 2, установленного на опорное кольцо 4 железобетонного колодца 1. Решетка обеспечивает очистку от крупных примесей. С решеток вода самотеком поступает в верхнюю часть фильтрующего патрона 6, где происходит механическая очистка воды. Далее, сточные воды, прошедшие предварительную механическую очистку, поступают в нижнюю часть фильтр-патрона 7, заполненного сорбционным материалом на основе ППУ, растительных и полимерных отходов. Затем, после прохождения сорбционной загрузки, очищаемая вода, проходя через сетку 8, отводится через выходной патрубок 10.

1 - железобетонный колодец;

2 - фильтрующий патрон;

3 - закрепление для решетки;

4 - опорное кольцо;

5 - решетка;

6 - верхняя часть фильтрующего патрона;

7 - нижняя часть фильтр-патрона, заполненная сорбционным материалом на основе ППУ, растительных и полимерных отходов;

8 - сетка;

9 - входной патрубок;

10 - выходной патрубок.

Рисунок 4.3 - Фильтрующий патрон

В таблице 4.3 приведены количество сорбционного материала (кг), которое необходимо, чтобы очистить 1 тонну сточных вод.

Таблица 4.3 - Количество сорбционного материала (кг), необходимое для

очистки 1 тонны сточных вод

Слой сорбционного материала, толщиной:

1 см 2 см 3 см крошка СМ с объемом зерна ~ 0,125 см, высота слоя 3 см

Масса материала, необходимая для очистки 1 тонны сточных вод (кг)

777,5 571,6 280,7 280,7

Таким образом, показана возможность использования разработанного сорбционного материала для очистки химзагрязненных сточных вод, содержащих отходы производства простых полиэфиров, снижая ХПК ~на 30 % за первый цикл очистки. При этом целесообразно использовать материал в виде крошки с объемом зерна ~ 0,125 см расходом в количестве ~80 г, при этом расход сорбционного материала на очистку 1 л сточных вод составляет ~80 г.

4.2 Результаты исследования сорбционного материала Гринсорб на

теплопроводность

Поскольку сорбционный материал представляет собой материал, поры которого заполнены воздухом, то закономерно, что он может быть использован в качестве тепло- и звукоизоляционного материала. Был проведен анализ теплопроводности полученных теплоизоляционных панелей из разработанного материала. Под действием стационарного теплового потока, были исследованы ППУ композиции. Значения коэффициентов теплопроводности представлены в таблице 4. 4.

Таблица 4.4 - Коэффициент теплопроводности ППУ композиций

Композиция Коэффициент теплопроводности, Вт/м-К

-5 Теплоизоляционный ППУ р 80 г/дм 0,041

Теплоизоляционный ПС р 100г/дм 0,041

Сорбент Гринсорб 0,046

В ходе проведенного анализа получены значение коэффициента теплопроводности 0,046 Вт/м-К для материала с наполнителем ШР. Видно, что полученный материал обладает достаточно высоким теплоизоляционным показателем на уровне пенополистирола - 0,041 Вт/м-К [216], но ниже, чем у жесткого ППУ, коэффициент теплопроводности которого составляет 0,022 Вт/м-К, что на уровне традиционных полимерных теплоизоляционных материалов.

Также в ходе анализа были получены данные по сопротивлению теплопередаче (таблица 4.5).

Таблица 4.5 - Сопротивление теплопередаче композиций на основе ППУЖ и ШР разных толщин

Толщина композиции на основе ППУЖ и ШР, мм Сопротивление теплопередаче, м К/Вт

19 0,413

25 0,543

Кроме того, следует отметить, что плиты из ППУ, наполненного отходами сельскохозяйственных производств, имеют эстетичный вид от светло-до тёмно-коричневого цвета, что позволяет использовать их в качестве отделочных материалов (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 - Маты из материала Гринсорб

Оптимальной поглощающей способностью ~ 13,0 г/г в сочетании с «плавучестью» обладает эластичный сорбционный материал с использованием измельченной рисовой соломы в количестве 30% масс, изготовленный в соответствии с ТУ 1976 - 025 - 02069639 - 2015.

ГЛАВА 5 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРБЦИОННОГО

МАТЕРИАЛА ГРИНСОРБ

Проведенные исследования позволили разработать технологический регламент и технические условия на производство сорбционного материала Гринсорб (приложение А).

Получение сорбционного материала Гринсорб возможно в двух вариантах: в стационарных условиях и на мобильных установках в режиме чрезвычайных ситуаций. Сорбционный материал можно получать как в виде матов или бонов, так и в виде крошки, что предпочтительнее. Производство сорбционного материала возможно непосредственно на месте разлива нефтепродуктов и занимает не более 8 - 16 минут.

5.1 Описание технологического процесса и схемы

Технологический процесс производства сорбционного материала Гринсорб происходит при комнатной температуре в стационарных условиях и включает следующие стадии (рисунок 5.1):

1. Развес ингредиентов материала Гринсорб;

2. Введение наполнителя (растительных или полимерных отходов) в компонент А;

3. Загрузка компонентов в агрегат вспенивания;

4. Изготовление материала;

5. Анализ на показатели ТУ;

6. Измельчение или нарезка на маты;

7. Взвешивание, затаривание, упаковка и маркировка материала.

Рисунок 5.1 - Технологический процесс производства сорбционного материала

Гринсорб

1. Развес ингредиентов материала Гринсорб

Компонент А из тары поставщика (бочки) дозировочным насосом перекачивается в емкость для компонента А агрегата вспенивания.

Компонент Б перед употреблением термостатируется в течении 2 суток при 60-800С для полной гомогенизации продукта. Затем производится транспортирование компонента Б с помощью дозировочного насоса в емкость для компонента Б агрегата вспенивания.

Расчетное количество наполнителя отвешивается на стационарных весах в заранее заготовленную тару (мешок, короб и т.п.)

Массовое соотношение компонентов материала А : Б : наполнитель = 1 : 0,6 : 0,16-0,72 масс. (в зависимости от типа наполнителя).

2. Введение наполнителя (растительных или полимерных отходов) в компонент А

Наполнитель в виде растительных или полимерных отходов перед введением в компонент А необходимо измельчить на требуемые фракции, наиболее оптимальные для сохранения высокой нефтеемкости сорбционного материала. Данные наполнители не требуют сушки. Это является преимуществом, так как экономится энергия.

Введение наполнителя производится через люк реактора для компонента А, снабженный воронкой-бункером. Для лучшей гомогенизации загрузка наполнителем может осуществляться порционно.

3. Загрузка компонентов в агрегат вспенивания

Смесь компонента А с наполнителем по массе загружается в емкость А агрегата вспенивания. Происходит перемешивание наполнителя с компонентом А до получения однородной массы в течение ~ 15-30 сек.

Компонент Б по массе загружается в емкость компонента Б агрегата вспенивания.

4. Изготовление материала

Изготовление материала производится в агрегате вспенивания. Для работы агрегата включаются дозировочные насосы, которые дозируют наполненный компонент А и компонент Б в рассчитанных количествах в высокоинтенсивное перемешивающее устройство (пистолет), где при скорости 3000 оборотов в минуту происходит интенсивное смешение компонентов. Полученная смесь выливается в форму, предварительно выложенную полиэтиленовой пленкой. Для облегчения извлечения сорбента из формы пленку с внутренней стороны смазывают антиадгезионной смазкой. Вспенивание композиции происходит в течении 1 -2 минут. При этом

фиксируется время старта и время подъема пены. сорбционного материала происходит за 30-60 минут.

Полное отверждение

5. Анализ полученного материала осуществляется по показателям ТУ (таблица 5.1).

Таблица 5.1 - Технические требования на полимерный материал Гринсорб

Показатель Норма

1 Форма материала - крошка с условным диаметром 3 зерна, см , в пределах 0,125-0,135

2 Плотность, г/см , в пределах 0,012-0,199

3 Нефтеемкость, г/г, до 14

4 «Плавучесть», %, в пределах 95-100

5 Степень очистки первого цикла, %, в пределах 90-99

6. Измельчение или нарезка на маты

После окончательного отверждения материала его подвергают измельчению на дробилке, обеспечивающей получение сорбента заданных размеров в виде крошки.

Сорбционный материал можно получать в виде пластин, матов, бонов, гранул с помощью его распиловки.

7. Взвешивание, затаривание, упаковка и маркировка материала

Далее гранулят взвешивают, затаривают в полиэтиленовые мешки и маркируют.

5.2 Мобильный комплекс для изготовления сорбционного материала

Мобильный комплекс модульного типа - самостоятельный передвижной завод с автономной системой обслуживания. Он предназначен для производства сорбционного материала в форме плит, матов, бонов, гранул, подушек, кругов, что позволяет осуществлять оперативные и эффективные

действия, а также гарантирует сбор нефтепродуктов даже в затрудненных погодных условиях.

Мобильный комплекс представляет собой автомобили с прицепами, на которых установлено технологическое оборудование и установки. Это позволяет быстро изготовить необходимое количество сорбционного материала в непосредственной близости от места разлива нефтепродуктов. Причем время получения сорбционного материала занимает не более 8 - 16 минут, а объем получаемого материала в 10 - 15 раз больше объема исходных компонентов.

В состав мобильного комплекса входят:

- бытовой модуль;

- технологический модуль подготовки сырья;

- модуль энергоснабжения;

- модуль производства сорбционного материала;

- переносной модуль производства сорбционного материала;

- модуль изготовления пластин, матов, бонов, гранул;

- модуль регенерации;

- модуль для сбора отходов сорбционного материала;

- модуль для перевозки нефти и нефтепродуктов.

Бытовой модуль предназначен для автономного обслуживания рабочего персонала, комплекса и состоит из пищевого узла, гардеробной и санитарно-гигиенического блока.

Технологический модуль необходим для подготовки и подачи сырьевых компонентов в модуль производства сорбционного материала и состоит из следующих основных узлов:

- холодильного и термостатирующего агрегатов;

- склада сырья из емкостей с компонентами для производства сорбционного материала;

- насосного узла для подачи компонентов в модуль производства сорбционного материала;

- кондиционера и вентилятора.

Модуль энергоснабжения обеспечивает генерацию, подачу и коммутацию электропитания и сжатого воздуха и включает в себя:

- электрогенераторную систему, мощностью до 25 кВт, напряжением 380 В/50Гц;

- силовой шкаф с коммутационными элементами для подключения вентиляции, освещения, компрессора, холодильного агрегата, смесительно-заливочной установки для получения сорбционного материала, оборудования для резки блоков сорбционного материала;

-5

- воздушный компрессор с производительностью 0,4-1 м /мин, давлением 8-10 Бар;

- узел подготовки сжатого воздуха в составе: фильтры, конденсато-отводчики воды, отделитель масла и воды, адсорбционные осушители, ресивер.

Модуль производства сорбционного материала включает в себя:

- смесительно-дозирующую установку со следующими техническими характеристиками:

- количество дозируемых компонентов 2 - 3;

- соотношение дозируемых компонентов от 3:1 до 1:3;

- производительность, г/сек 60 - 200;

- установленная мощность, кВт, не более 7;

- масса, кг, не более 300.

- технологическое оборудование: емкости с перемешивающим устройством, запорная арматура, трубопроводы, насосы и так далее;

- формующее оборудование: непрерывный конвейер, датчики, манипуляторы.

Переносной модуль включает в себя переносную заплечную установку производства сорбционного материала весом до 15 кг для сбора разливов в труднодоступных местах и малую передвижную установку ручного управления весом до 50 кг с той же целью.

Модуль производства пластин, матов, бонов и гранул включает в себя устройство резки сорбента на пластины, измельчитель - гранулятор, упаковочную линию и так далее.

Модуль регенерации предназначен для регенерации и очистки, собранных нефти и нефтепродуктов и включает в себя центрифугу, отжимные вальцы, пресса, разделительные колонки.

Модуль для сбора отходов сорбционного материала предназначен для складирования и временного хранения регенерированных отходов и представляет собой вентилируемый металлический контейнер.

Модуль для перевозки нефти и нефтепродуктов предназначен для сбора и последующей транспортировки, регенерируемых нефти и нефтепродуктов и представляет собой автоцистерну для перевозки нефти и нефтепродуктов.

Отдельные модули мобильного комплекса могут трансформироваться в стационарные, такие как модули производства пластин, матов, бонов и гранул, сборов отходов сорбционных материала, регенерации и очитки собранных нефти и нефтепродуктов и тому подобное.

Также возможно производство сорбционного материала на передвижной установке быстрого реагирования, монтируемой на грузовом автомобиле типа «КАМАЗ», включая все необходимые установки. Возможен монтаж установки на шасси, загружаемое в вертолет.

Далее представлена схема ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов с поверхности воды сорбционным материалом Гринсорб (рисунок 5.2). После поглощения сорбционным материалом нефтепродуктов боны, наполненные материалом Гринсорб, стягиваются, уменьшая площадь нефтеразлива, остатки которого можно ликвидировать при помощи используемого сорбционного материала в виде тонких салфеток.

Рисунок 5.2 - Схема ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов с поверхности воды сорбционным материалом Гринсорб: 1 - судно, распределяющее сорбционный материал по поверхности загрязнения; 2 - судно-бонопоставщик; 3 - боновое заграждение; 4 - судна-нефтесборщики

Далее приведен материальный баланс производства сорбционного материала из расчета на 100 кг компонента А (таблица 5.1).

Таблица 5.2 - Материальный баланс производства сорбционного материала

Приход Расход

Наименование сырья кг %масс. Наименование продукта кг %масс.

1.Компонент А 100 43,7 Сорбционный материал Гринсорб 224 97,8

2. Компонент Б 60 26,2

3. Растительные и полимерные отходы 69 30,1

Потери: 5 2,2

в том числе на стадии: -развеса ингредиентов СМ Гринсорб; - введения наполнителя (растительных или полимерных отходов)в компонент А (эл); -загрузки компонентов в агрегат вспенивания; -изготовления СМ; -измельчения СМ; -взвешивания, затаривания и упаковки СМ

Итого: 100 Итого: 229 100

5.4 Методика утилизации отработанного сорбционного материала на основе пенополиуретана, растительных и полимерных отходов путем

введения в битум

Методика утилизации отработанного сорбционного материала путем введения в битум ранее была рассмотрена в диссертационной работе Чикиной Н.С. [179], где отработанный сорбент на основе ППУ и ШГ быть утилизирован в дорожный битум марок БНД 60/90 и БНД 90/130 с перспективой использования в качестве модифицирующей добавки.

Логично было предположить, что использование отходов растительного производства также возможно для получения ПБВ. Однако в отличие от данных, приведенных в исследовании [179], где в качестве деструктирующего агента использовались Лапрол 3003 и Лапромол 294 в качестве деструктирующего агента была испытана среда компонента А. Предпосылками применения компонента А в качестве деструктирующего агента является то обстоятельство, что в его составе находятся помимо гидроксилсодержащих олигоэфиров Лапролов катализаторы, которые остаются в готовом пенополиуретане [217]. Их наличие необходимо для уравновешивания скоростей взаимодействия веществ, присутствующих в смеси (компоненте А) таким образом, чтобы реакции, приводящие к вспениванию и к образованию пространственной (каркасной) сетки ППУ происходили одновременно (см. реакции 3.1-3.5). В качестве катализаторов в данной технологии используются смесь катализаторов аминного типа с оловосодержащими соединениями. Их присутствие в ППУ в процессе деструкции сорбента могут способствовать его более быстрому разрушению.

Для деструкции нефтяного сорбционного материала на основе ППУ и отходов растительного производства использовался деструктирующий агент на основе компонента А. Процесс деструкции отработанного сорбционного материала проводится путем смешения ДА с сорбционным материалом при

температуре 180°С. Массовое соотношение сорбент : ДА = 40:60. Время деструкции для компонента А - 1-1,5 ч. Предпочтительное количество вводимого деструктированного сорбционного материала - 0,25% масс., который является однородной жидкостью, легко совмещаемый с битумом марки БНД 60/90 с образованием гомогенного полимер-битумного вяжущего (ПБВ) (таблица 5.3).

Таблица 5.3 - Эксплуатационные характеристики ПБВ на основе

деструктированного сорбционного материала Компонента А

ПБВ Пенетрация 0,1мм при 25°С Растяжимость, см, при 25°С Т размягчения (КиШ), °С Сцепляемость с минеральным наполнителем, №

ГОСТ 22245-90 61-90 Не менее 55 Не ниже 47 Не выше 2

БНД 60/90 51 37 57 3

СМ, % масс.

0,1 74,0 36,0 60,9 1

0,15 72,0 30,0 59,1 1

0,20 68,0 26,0 58,2 1

0,25 60,0 28,0 57,1 1

0,50 82,5 40,5 56,8 1

2,00 52,3 41,4 48,3 1

5,00 51,0 50,5 45,9 2

У полученного ПБВ наблюдается увеличение температуры размягчения при значении пенетрации, оставшимся в пределах ГОСТ 22245-90. Положительным эффектом использования деструктированного сорбционного материала является значительное улучшение показателя адгезии к минеральному материалу, что открывает перспективу утилизации отработанного сорбционного материала при производстве дорожных битумов.

На рисунке 5.3 проиллюстрирована принципиальная технологическая схема введения отработанного сорбционного материала на основе ППУ и отходов растительного, полимерного производств в битум.

Введение сорбционного материала в битум проводится при температуре 140-150 °С. В металлическую емкость вводился битум, который перемешивался электрической мешалкой со скоростью 56 об/мин до его размягчения в течение 20-30 мин. Затем к битуму добавлялось расчётное количество деструктата, в случае РШ и РС отфильтрованного от наполнителей, а в случае измельченной РС в начальном виде и далее полученный состав перемешивался при температуре 140-150 °С в течение 0,25-1 часа в зависимости от соотношения битум: сорбционный материал до получения однородной массы.

Введение полученного деструктата в дорожный битум в количестве 0,25% масс. с последующим получением полимер-битум вяжущего увеличивает адгезию к минеральному материалу при сохранении основных показателей на уровне ГОСТ 22245-90.

Рисунок 5.3 - Схема способа введения отработанного сорбционного материала на основе ППУ, растительных и полимерных отходов в битум

Несмотря на то, что использование компонента А в качестве деструктирующего агента несколько удорожает технологию утилизации отработанного сорбционного материала, в технологическом плане это намного удобнее, чем производить для деструкции специальную смесь из Лапролов.

ГЛАВА 6 НАРАБОТКА ОПЫТНОЙ ПАРТИИ СОРБЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ АПРОБИРОВАНИЯ ЕГО В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ И ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Следующим этапом работы была наработка опытной партии сорбционного материала для апробирования его в полевых условиях.

Наработанная партия сорбционного материала в количестве 50 кг была передана в Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственная фирма «Современные технологии». Испытания прошли с положительным результатом и был сделан вывод, что сорбционный материал в виде гранул может применяться для покрытия поверхностей на суше и воде с использованием штатных серийных распылителей; также признаков затопления сорбционного материала, пропитанного нефтью и водой не обнаружено, даже при взбалтывании; и по своим характеристикам он соответствует заявленным и целесообразен для применения по прямому предназначению (Приложение В).

Также сорбционный материал положительно апробирован с целью ликвидации разлива технического масла «ВМ-1» в производственном помещении на ООО «Весто», г. Казань (Приложение Г).

Эколого - экономический расчет предотвращенного ущерба

Оценка величины предотвращенного ущерба от загрязнения водной среды проводится на основе региональных показателей удельного ущерба, представляющих собой удельные стоимостные оценки ущерба на единицу (1 условную тонну) приведенной массы загрязняющих веществ по формуле 6.1:

Упр = у ■ ДМ, руб./год, (6.1)

где Упр - эколого - экономическая оценка величины предотвращенного ущерба водным ресурсам в рассматриваемом регионе, руб./год;

у - показатель удельного ущерба водным ресурсам, наносимого единицей (условная тонна) приведенной массы загрязняющих веществ на конец расчетного периода для водного объекта в рассматриваемом регионе, руб./усл.т, [218];

ДМ - приведенная масса загрязняющих веществ, ликвидируемых в результате природоохранной деятельности, усл.т/год, формула 6.2:

ДМ = М1 - М2 (6.2)

где М1 и М2 - приведенная масса сброса загрязняющих веществ в водные объекты рассматриваемого региона, соответственно, на начало и конец расчетного периода, усл.т, формула 6.3:

N

М1 = ^ Д • т , усл.т/год, (6.3)

I =1

где 1 - номер загрязняющего вещества;

N - количество учитываемых загрязняющих веществ;

А! - коэффициент относительной эколого - экономической опасности для 1 - го загрязняющего вещества, усл.т/т, нефть А1= 20 усл.т/т, [218];

т1 - масса фактического сброса 1-ого загрязняющего вещества с одинаковым коэффициентом относительной эколого - экономической опасности в водные объекты рассматриваемого региона, т/год.

Эколого - экономический эффект очистки от разлива нефти с помощью сорбционного материала Гринсорб рассмотрен на примере водного объекта (река Волга).

По оценкам специалистов в акватории затона Казачий реки Волга Волгоградской области в августе 2016 года произошел разлив нефтепродуктов площадью сплошного загрязнения не менее 1,5 кв. км с толщиной нефтяной пленки не менее сантиметра. По результатам аналитических исследований

было выявлено превышение предельно допустимой концентрации по нефтепродуктам от 1,6 до 5 раз, в воде - превышение ПДК по нефтепродуктам составило от 1,7 до 3,2 раза. Содержание нефтепродуктов было превышено в 37 тысяч раз.

Для сбора данного нефтяного разлива необходимо 593,8 кг сорбционного материала Гринсорб.

Для расчета предотвращенного эколого-экономического ущерба в результате сбора аварийного разлива нефти были использованы методики [219, 220].

Ниже приводится последовательность расчета:

1. Определение удельного экологического ущерба.

Показатель удельного ущерба (у) водным ресурсам, наносимого единицей (условная тонна) приведенной массы загрязняющих веществ на конец расчетного периода для рассматриваемого водного объекта (река Волга) составляет 6397,9 руб./усл.т [219, 220].

2. Расчет приведенной массы загрязняющих веществ, снимаемых (ликвидируемых) в результате природоохранной деятельности и осуществления, соответствующих водоохранных мероприятий в течение расчетного периода проводился согласно формулам 6.2, 6.3.

3. Расчет предотвращенного эколого - экономического ущерба для водного объекта река Волга согласно формуле 6.1, составил:

Упр = 6397,9 ■ 1488,49 = 9 523 210,1 руб./год

Предотвращенный экологический ущерб для реки Волга в Волгоградской области в результате разлива нефтепродуктов в августе 2016 года при использовании для сбора разлива нефти сорбционного материала Гринсорб мог составить 9 523 210,1 рублей.

ГЛАВА 7 МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Полученный сорбционный материал Гринсорб на основе ППУ, растительных и полимерных отходов подвергался анализу по следующим показателям:

- время старта ТУ 6-55-32-89

- время подъема ТУ 6-55-32-89

- кажущаяся плотность ГОСТ 409-77

При проведение работы контролировались и измерялись следующие параметры:

1. При синтезе:

- время старта

- время подъема

2. При определении технологических характеристик:

- кажущаяся плотность

7.1 Методы исследования сорбционного материала Гринсорб

а) Определение технологических параметров вспенивания:

При получении сорбционного материала проводились испытания по технологической пробе при свободном вспенивании согласно ТУ 6-55-32-89.

Испытание материала по технологической пробе при свободном вспенивании проводилось в стаканчике объемом 500 мл и включало определение:

- времени старта (тс, с) - время от начала перемешивания «компонента А» с «компонентом Б» до чётко видимого увеличения объёма смеси компонентов;

- время подъёма (тп, с) - время от начала перемешивания компонентов до окончания увеличения объёма;

б) Определение кажущейся плотности:

-5

Кажущаяся плотность (р, кг/м ) определялась в соответствии с ГОСТ 409-77.

Определение кажущейся плотности проводилось на образцах, вырезанных пенополиуретанов свободного вспенивания. Метод служит для проведения экспресс-испытаний и дает сравнительную характеристику для отдельных систем.

7.2 Оценка погрешности при синтезе полужесткого сорбционного материала на

основе пенополиуретана и шелухи гречихи 7.2.1 Оценка погрешности измерения времени старта

Время старта измерялось с помощью секундомера, погрешность которого равна 1,6 с по паспорту, цена деления 0,2 с.

Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Результаты наблюдений отклонений

Время, с Случайные отклонения, ^ - х , с

30,0 -1,3

31,0 -0,3

33,0 1,7

Находим среднее значение:

п

' Х-

г = 1

-X = -, (7.1)

п

где п - число измерений

~ _ 30+31+33 _ 2 ^ 3 с

Так как погрешность секундомера по паспорту равна 1,6, а одно из отклонений больше этого значения, то xi=33 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 30,5.

Определяем доверительные границы, не исключенной систематической погрешности результата измерения.

й = к

п

Е, (7.2)

г=1

где 0 - граница I -й неисключенной составляющей систематической погрешности;

к - коэффициент, определяемый принятой доверительной вероятностью. При р = 0,95 , к = 1,10;

0 - погрешность секундомера, 0 = 1,6 с;

й - субъективная погрешность наблюдателя (1/2 цены деления шкалы)

й = 1,1 -V 1,62 + 0,12 = 1,76 В относительной форме 51 =6% Окончательный результат запишем в виде

(30,5 ± 1,8) с

7.2.2 Оценка погрешности измерения времени подъема

Время подъема измерялось с помощью секундомера, погрешность которого равна 1,6 с по паспорту, цена деления 0,2 с.

Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.2.

Таблица 7.2 - Результаты наблюдений отклонений

Время, XI, с Случайные отклонения, X; - X , с

130,0 -2,0

134,0 2,0

132,0 0,0

Дальнейшие вычисления проводятся аналогично по вышеуказанным формулам подраздела 7.2.1.

Так как погрешность секундомера по паспорту равна 1,6, а одно из отклонений больше этого значения, то xi=134 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 131. Окончательный результат запишем в виде:

(131,0 ± 1,8) с, p = 0,95 Величина относительной погрешности 52 результата измерения времени подъема:

52 = 1%

7.2.3 Оценка погрешности измерения кажущейся плотности

Измерение плотности производилось на весах VIBRA тип HT. Цена деления 0,0001 г, погрешность весов 0,001 г.

Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.3.

Таблица 7.3 - Результаты наблюдений отклонений

Плотность, xi, кг/м3 Случайные отклонения, xi - х , кг/м3

0,1085 -0,0165

0,1247 -0,0003

0,1434 0,0184

Дальнейшие вычисления проводятся аналогично по вышеуказанным формулам подраздела 7.2.1.

Так как погрешность весов по паспорту равна 0,001, а одно из отклонений больше этого значения, то xi=0,1434 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 0,1166.

Определяем доверительные границы, не исключенной систематической погрешности результата измерения.

Q = k

n

üQ2, (7.3)

г=1

где 0 - граница г -й неисключенной составляющей систематической погрешности;

к - коэффициент, определяемый принятой доверительной вероятностью. При р = 0,95 , к = 1,10;

0 - погрешность весов, 0 = 0,001 г;

й - субъективная погрешность наблюдателя (1/2 цены деления шкалы) й = 1,1 -V0,000052 + 0,012 = 0,001г В частности получаем запись результата:

(0,116±0,001), р = 0,95 Величина относительной погрешности 53 результата измерения плотности:

53=1%

7.3 Оценка погрешности при синтезе эластичного сорбционного материала на основе пенополиуретана и шелухи гречихи 7.3.1 Оценка погрешности измерения времени старта

Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.4.

Таблица 7.4 - Результаты наблюдений отклонений

Время, X;, с Случайные отклонения, X; - X , с

31,0 -1,7

33,0 0,3

35,0 2,3

Дальнейшие вычисления проводятся аналогично по вышеуказанным формулам подраздела 7.2.1. Итоговая запись результата имеет вид:

(32 ± 1,8) с, р = 0,95 Величина относительной погрешности 54 результата измерения:

54 =5%

7.3.2 Оценка погрешности измерения времени подъема

Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.5. Таблица 7.5 - Результаты наблюдений отклонений

Время, с Случайные отклонения, ^ - х , с

141,0 -3,6

146,0 1,4

147,0 2,4

xi=147 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 143,5. Окончательный результат:

(143,5 ± 1,8) с, p = 0,95 Величина относительной погрешности 55 результата измерения:

55=1%

7.3.3 Оценка погрешности измерения кажущейся плотности Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.6.

Таблица 7.6 - Результаты наблюдений отклонений

Плотность, Xi, кг/м3 Случайные отклонения, Xi - х , кг/м3

0,1235 -0,0105

0,1313 -0,0027

0,1492 0,0152

xi=0,1492 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 0,1274. Получаем запись результата:

(0,1274±0,001), p = 0,95 Величина относительной погрешности 56 результата:

56 =1%

7.4 Оценка погрешности при синтезе полужесткого сорбционного материала на основе пенополиуретана и растительных отходов Вьетнама 7.4.1 Оценка погрешности измерения времени старта

Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.7. Таблица 7.7 - Результаты наблюдений отклонений

Время, X;, с Случайные отклонения, X; - X , с

35,0 -4,0

40,0 1,0

42,0 3.0

Итоговая запись результата имеет вид:

(37,5 ± 1,8) с, р = 0,95 Величина относительной погрешности 57 результата:

57 =7%

7.4.2 Оценка погрешности измерения времени подъема Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.8. Таблица 7.8 - Результаты наблюдений отклонений

Время, X;, с Случайные отклонения, X; - X , с

210,0 -2,3

212,0 -0,3

215,0 2,7

х;=215 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 211. Окончательный результат:

(211,0 ± 1,8) с, р = 0,95 Величина относительной погрешности 58 результата измерения:

58=1%

7.4.3 Оценка погрешности измерения кажущейся плотности Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.9.

Плотность, xi, кг/м3 Случайные отклонения, xi - х , кг/м3

0,0712 0,0290

0,0131 -0,0291

0,0425 0,0003

xi=0,0712 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 0,0278.

В частности получаем запись результата:

(0,0278±0,001), p = 0,95 Величина относительной погрешности 59 результата:

59 =3%

7.5 Оценка погрешности при синтезе эластичного сорбционного материала на основе пенополиуретана и растительных отходов Вьетнама 7.5.1 Оценка погрешности измерения времени старта

Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.10. Таблица 7.10 - Результаты наблюдений отклонений

Время, с Случайные отклонения, ^ - х , с

39,0 -1,3

40,0 -0,3

42,0 1,7

Итоговая запись результата имеет вид:

(39,5 ± 1,8) с, p = 0,95 Величина относительной погрешности 510 результата измерения:

5ю =5%

7.5.2 Оценка погрешности измерения времени подъема

Время, X;, с Случайные отклонения, ^ - х , с

200,0 -11,7

210,0 -1,7

225,0 13,3

Xi=225 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 205. Окончательный результат запишем в виде:

(205,0 ± 1,8) с, р = 0,95 Величина относительной погрешности 511 результата измерения:

5П=1%

7.5.3 Оценка погрешности измерения кажущейся плотности

Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.12. Таблица 7.12 - Результаты наблюдений отклонений

Плотность, X;, кг/м3 Случайные отклонения, X; - X , кг/м3

0,0235 -0.0188

0,0724 0,0301

0,0312 -0,0111

xi=0,0724 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 0,0273. В частности получаем запись результата:

(0,0273±0,001), р = 0,95 Величина относительной погрешности 512 результата:

512 =4%

7.6 Оценка погрешности при синтезе полужесткого сорбционного материала на основе пенополиуретана и скорлупы грецкого ореха 7.6.1 Оценка погрешности измерения времени старта

Время, X;, с Случайные отклонения, ^ - X, с

31,0 -2,3

33,0 -0,3

36,0 2,7

Итоговая запись результата имеет вид:

(32 ± 1,8) с, р = 0,95 Величина относительной погрешности 513 результата измерения:

513 =5%

7.6.2 Оценка погрешности измерения времени подъема

Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.14. Таблица 7.14 - Результаты наблюдений отклонений

Время, X;, с Случайные отклонения, ^ - X, с

174,0 -4,3

178,0 -0,3

183,0 4,7

xi=183 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 176. Окончательный результат запишем в виде:

(176,0 ± 1,8) с, р = 0,95 Величина относительной погрешности 514 результата измерения:

514=1%

7.6.3 Оценка погрешности измерения кажущейся плотности Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.15. Таблица 7.15 - Результаты наблюдений отклонений

Плотность, xi, кг/м3 Случайные отклонения, xi - X, кг/м3

0,1884 0,0014

0,1872 0,0002

0,1854 -0,0016

xi=0,1884 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 0,1863. В частности получаем запись результата:

(0,1863±0,001), p = 0,95 Величина относительной погрешности 515 результата измерения:

515 =1%

7.7 Оценка погрешности при синтезе эластичного сорбционного материала на основе пенополиуретана и скорлупы грецкого ореха 7.7.1 Оценка погрешности измерения времени старта

Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.16. Таблица 7.16 - Результаты наблюдений отклонений

Время, с Случайные отклонения, ^ - х , с

30,0 -1,6

31,0 -0,6

34,0 2,4

Итоговая запись результата имеет вид:

(30,5 ± 1,8) с, p = 0,95 Величина относительной погрешности 516 результата измерения:

516 =6%

7.7.2 Оценка погрешности измерения времени подъема

Результаты наблюдений отклонений представлены в таблице 7.17. Таблица 7.17 - Результаты наблюдений отклонений

Время, с Случайные отклонения, ^ - х , с

171,0 -3,0

173,0 -1,0

178,0 4,0

xi=178 считается грубой ошибкой. Отсюда среднее значение будет равняться 172. Окончательный результат запишем в виде:

(172,0 ± 1,8) с, р = 0,95 Величина относительной погрешности 517 результата измерения:

517=1%