Топырақты мұнайдан тазартатын табиғи минерал

Елімізде 1,5 млн гектардан астам аумақ мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған. Ал далаға кеткен қара алтынның көлемі 50 млн тоннадан асады. Ғылым адамзат жолындағы көптеген проблеманың шешімін тапқан. Аталмыш мәселеге келгенде ҚазҰУ ғалымдары бірнеше жылдық зерттеулерге сүйеніп ең тиімді жолды ұсынып отыр.

Қазіргі кезде топырақты мұнайдан тазартатын тәсілдер жетерлік. Олардың көпшілігі қымбат, күрделі процестерге негізделген әрі жұмыс барысында қолданылатын реагенттер қолжетімсіз. Сол себепті арзан, тиімді тазарту әдістері қоғам тарапынан қызығушылық туғызуда. Оның бірі – сорбциялық әдіс. Сондықтан ҚазҰУ ғалымдары Көксу кен орнының шунгит жыныстары негізінде сорбенттер әзірлеп шығарды. Жоба жетекшісі –Химиялық физика және материалтану кафедрасының профессоры, химия ғылымының докторы Ердос Оңғарбаевтың айтуынша, мұның ең басты артықшылығы – мұнай қалдықтарымен ластанған жерді соңғы сатысында тазарта алуында. Яғни бұл әдіс топырақтағы мұнай мөлшері 5-10 пайыздан аспайтын жағдайда қолданылады. Әрі екінші рет ластануға мүмкіндік бермей, процесті басқаруға жол ашады.

Шунгит дегеніміз – табиғи минерал немесе пайдалы қазба, еліміздің шығыс және оңтүстік-шығыс аймақтарында өндіріледі. Ресейде Карелия аумағында өндіріледі. Карелия кен орнының шунгитінен жасалған сорбенттер көмірден 1,5-2 есе арзан және сүзгіш элемент, катализатор, биологиялық залалсыздандырғыш ретінде тиімді. Ағын суларды мұнайдан тазарту үшін өнеркәсіптік жағдайда жүзеге асырылған сынақ барысында осындай қорытынды жасалған. Алматы облысындағы Көксу кен орнындағы шунгит жыныстарының қоры 620 млн тонна деп бағаланады.

Профессордың айтуынша, шунгиттің ерекшелігі – құрамында көміртек және кремний оксиді бар, бұл заттар оның сорбциялық қасиеттерінің жоғары болуын қамтамасыз етеді.

– Әдетте бізге таныс сорбент – белсендірілген көмір тек көміртектен ғана тұратын болса, шунгит құрамында кремний және басқа элементтердің оксидтері мен қосылыстары бар. Факультет ғалымдары бұған дейін шунгит негізінде суды әртүрлі зиянды заттардан тазартатын сүзгіш материалдар әзірлеп, өндіріске шығарғаны бәрімізге белгілі. Біздің жобаның жаңалығы – шунгит негізіндегі сорбентке микроорганизмдер штамдарын иммобилизациялап, алғаш рет топырақты төгілген мұнай және мұнай өнімдерінен тазартуға пайдалану, – дейді Е.Оңғарбаев.

Экологияға қатысты көптеген мәселелерден өркениеттің «қолтаңбасын» байқауға болады. Әсіресе өнеркәсіп өрлей түскен сайын қоршаған ортадағы табиғи процестердің кері кетіп жатқанын көреміз. Мұнайды өндіру, жинау, тасымалдау, сақтау және дайындау, ұңғымаларды жөндеу кезінде қара алтынның топыраққа таралуы экологиялық мәселеге айналды. Мұнай – табиғатты ластаушы ең қауіпті заттардың бірі. Өйткені ол топырақтағы тіршілік ететін ағзалар мен өсімдіктердің дамуына теріс әсер етеді.

Соңғы жылдары өнеркәсіп табиғи сорбенттерді кеңінен пайдаланып келеді. Оған әсер етуші ең басты фактор – сорбенттердің табиғатта кең таралуы. Сол себепті өзіндік құны да төмен. Сонымен қатар олардың сорбциялық қасиеттері жоғары және қолдану технологиясы қарапайым. Бұл минералдар мен табиғи шикізаттарды өнеркәсіптің әртүрлі салаларында пайдалануға болады.

Шунгит суды мұнай мен ауыр металдардың тұздарынан тазартуға мүмкіндік береді. Өйткені оның негізі шунгиттік көміртектен құралған.  Шунгиттік көміртектің құрылымы фуллеренге ұқсас, яғни реттелген құрылымы бар, сондай-ақ құрамында алюмосиликаттар, сілтілік металдардың оксидтері, сирек металдардың іздік мөлшері бар.

Жоғарыда айтып өткеніміздей, қазіргі таңда топырақты, суды мұнайдан тазартатын әдістер жетерлік. Салыстыру мақсатында солардың біршамасына тоқтала кетсек. Мәселен, құрамы 1/3 және 3/5 қатынастағы глауконит және бентонит саздарының суспензиясынан, байытылған глауконит және фуллеренді шунгиттен тұратын сорбент бар. Оның мұнай сыйымдылығы төмен болғандықтан, тиімділігі жеткілікті емес және аборигенді мұнай тотықтырушы микроорганизмдердің санын көбейтпейді.

Келесі бір сорбент түрлерін алу үшін шунгит пен гидролизденген лигниннен тұратын қоспаны 100°С-қа дейін қыздырады және аргон немесе азот ортасында температураны 700°С-қа дейін жоғарылатып, карбонизациялайды. Ал шунгит пен күріш қауызынан тұратын сорбентті алу үшін қоспаны 150°C-қа дейін қыздырады, 150-200°C-та дегидратация, аргон немесе азот ортасында 200-400°C-та карбонизация жүргізеді. Бұл сорбенттердің кемшілігі мынада – бастапқы кезеңде шикізатты бірнеше сатыда өңдейді және жоғары температураны пайдаланады.

Мұнаймен ластанған топырақты тазарту үшін тағы бір мынадай сорбент түрі ұсынылған. Оның құрамы цеолит, шунгит және калий гуматынан тұрады. Оларды белгілі бір ретпен топыраққа енгізеді: алдымен шунгит пен калий гуматын, сосын бір аптадан кейін цеолит, содан кейін әр екі апта сайын өңделген топырақты араластырып тұрады. Процесс барысын оқып отырып-ақ бұл композицияның кемшілігіне көз жеткізуге болады. Өйткені топырақты бірнеше рет өңдеу, қосымша реагенттер пайдалану артық ресурсты қажет етпек.

Шунгит жыныстарын энтеросорбент ретінде ағзаны уытты заттар мен микроорганизмдерден тазарту мақсатында қолдану мүмкіндігі бар. Мысалы, бөлшектері 15.0·10^-6 м өлшемдегі шунгит жынысы мен 50-70 массалық пайыз кремний диоксидінен тұратын энтеросорбентті кездестіруге болады. Бірақ оны қолдану микроорганизмдердің сорбциясына қалай әсер ететіні туралы мәлімет жоқ. Одан бөлек, дәл сондай өлшемдегі шунгит жынысы мен 20-50 массалық пайыз кремний диоксидінен тұратын энтеросорбент микроорганизмдердің адсорбциясына әсер еткенімен, жалпы, сорбциялық қабілеті жеткіліксіз екенін көрсетіп отыр.

Сонымен бірге 500-550°С-та термоөңделген шунгит те сорбент ретінде сұйықтықтарды тазарта алады. Бірақ ол үшін шикізатты жоғары температурада өңдеу қажет.

Ал ҚазҰУ ғалымдары отандық Көксу кен орнының шунгит жыныстарын механохимиялық жолмен активтендіріп, сорбенттер әзірлейді. Нәтижесінде сорбенттер наноқұрылымға ие болып, беттік ауданы, кеуектілігі мен кеуектерінің көлемі өсуі себепті сорбциялық қасиеттері жақсарады. «Осылайша топырақты мұнай қалдықтарынан тазарту барысында процестің тиімділігін арттыра аламыз», – дейді Ердос Қалимоллаұлы.

Нанотехнология – қасиеттері ерекше наноөлшемді материалдарды алып, оларды әртүрлі бағытта пайдалану. Материал бөлшектерінің өлшемі 100 нанометрден кіші болғанда олардың физика-химиялық, механикалық және басқа да қасиеттері әдеттегіге қарағанда жақсарады. Ердос Оңғарбаев «бұл жобада шунгит үлгілерін осындай наноөлшемге келтіргенде оның сорбциялық қасиеттері жақсарады деген сенімдеміз» дейді.

– Әзірше шунгитті механохимиялық белсендіру арқылы ұсақтап, сондай-ақ күріш қауызымен күйдіру арқылы наноқұрылымданған материалдар алдық. Осы материалдарға мұнаймен ластанған топырақтан бөлініп алынған микроорганизмдердің штамдарын орнықтырып, олардың мұнайды деструкциялау дәрежесін анықтадық, оның шамасы 70-80 пайызға жетті. Бұл жұмыс Химиялық физика және материалтану кафедрасы мен Жану проблемалары институтының базасында университетіміздің Микробиология кафедрасының ғалымдарымен бірге жүзеге асырылуда. Жалпы, гранттық жоба 2020-22 жылдары жүзеге асыруға арналған. Сондықтан келесі жылы шынайы ластанған топырақ үлгілерін тазалау жұмыстары қолға алынатын болады, – дейді ғалым.

Ұсынылған жоба аборигенді мұнай тотықтырушы микроорганизмдер массасының көбеюіне жағдай жасап, сәйкесінше топырақта мұнай мен мұнай өнімдерінің деструкциясын арттыратын сорбент алуға мүмкіндік береді. Соның әсерінен топырақта көбейе түскен микроорганизмдер мұнай құрамындағы көмірсутекпен қоректеніп, оларды көмірқышқыл газы мен суға айналдырады. Ал жер бетіндегі сорбенттер ары қарай тыңайтқыш ретінде өсімдіктердің өсуіне жағдай жасайды. Сондықтан пайдаланылған сорбенттерді қайта жинап алу немесе өңдеу қажет емес.

Көксу кен орнының шунгит жыныстары негізінде әзірленген сорбенттер топырақтағы мұнай және мұнай өнімдерінің деструкциясын арттырады. Ол отандық мұнай өнеркәсібі үшін экономикалық тұрғыдан тиімді.

Бұл жобаны «Көксу» тау-кен компаниясы қолдап отыр. Басты мақсат – шунгит жыныстарын Қазақстанда қолдану мүмкіндіктерін кеңейту. Әрі бұл компания жобаны жүзеге асыруға қажет көмекті беруге дайын. Бұл зерттеулердің ғылыми маңызы жоғары. Өйткені сорбенттердің қасиеттері мен құрылымы, мұнай мен мұнай өнімдерінің сорбциясының механизмі туралы жаңа мәліметтер алуға ықпал етеді.

Көксу кен орнындағы шунгиттен жасалған табиғи сорбент көмір мен силикатты адсорбенттерге тән қасиеттерге ие. Сол себепті де оның мұнай сыйымдылығы жоғары. Бөгде көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдер топыраққа енгізілмегендіктен, ондағы табиғи биоценоз сол қалпында сақталады. Бұл – мұнайды ыдыратудың тиімді әдісі. Мұндай сорбентті пайдалану мұнай қалдықтары ластаған жерлердің пайдалы микробиотасына ешқандай кері әсерін тигізбейді.

Кәмила ДҮЙСЕН