آشنایی با جاذب های نفتی جهت رفع الودگی دریاها

یکی از روش‌های مقابله با آلودگی دریا و جلوگیری از آلوده شدن محیط زیست دریایی ، استفاده از مواد جاذب برای جمع‌آوری ‫و جلوگیری از گسترش مواد نفتی روی آب است. مواد جاذب، معمولاً در آلودگی‌های نفتی کوچک و در مواقعی که برای جمع‌آوری ‫آلودگی‌های نفتی به وسیله‌ی اسکیمر از روی سطح آب، محدودیت وجود داشته باشد ، مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. از مواد جاذب ، ‫برای جذب آلودگی‌های نفتی در نقــاط با میـــزان عمق کم و با میزان دسترسی محدود، بوم‌های جاذب و محیط‌هایی که امکان جمع‌آوری ‫مواد نفتی از روی سطح آب، به آسانی فراهم نیست، استفاده می‌‌شود.
دسته‌بندی انواع مواد جاذب

جاذب‌ها از نظر جنس، به چهار گروه جاذب‌های ‫طبیعی، جاذب‌های طبیعی فرآوری شده، ‫جاذب‌های معدنی و جاذب‌های سنتزی، دسته‌بندی می‌‌شوند.

جاذب‌های طبیعی
‫جاذب‌های طبیعی، شامل مواد آلی و معدنی ‫هستند. از جاذب‌های آلی، می‌‌توان کاه،چوب ‫ذرت، پوسته‌ی بادام زمینی،فیبر چوب و تورب ‫ساخته شده از خزه‌ی پوسیده را نام برد. مواد ‫طبیعی، نسبتاً ارزان و به فراوانی در دسترس ‫هستند و از شدت جذب قابل قبولی برخوردارند. ‫چوب و ترکیبات لیگنوسلولزی، قابلیت زیادی ‫در جذب آلودگی‌های نفتی دارند. به علت جذب ‫فیزیکی بالا،استفاده از این مواد برای جلوگیری ‫از گسترش سریع آلودگی موثر خواهد بود. ‫در حادثه‌ی آلودگی توری کانیون فرانسه، در ‫حدود 20 هزار تن از تکه‌های چوب، روی ‫لکه‌های نفتی پخش و سپس آنها را از کناره‌ی ‫ساحل، جمع‌آوری کردند. ارزان و در دسترس ‫بودن ، تجدید‌پذیر بودن و متناسب بودن این ‫جاذب‌ها با محیط زیست، باعث می‌شود که ‫تمایل بیشتری به سمت جاذب‌های زیستی و ‫طبیعی وجود داشته باشد. در بین پسماندهای ‫کشاورزی، «باگاس نیشکر»، از جمله پر ‫کاربردترین است. مطابق با تعریف انجمن بین ‫المللی متخصصان نیشکر، به باقیمانده‌ی نیشکر ‫پس از خرد شدن آن در یک یا چند آسیاب ‫متوالی، «باگاس» گفته می‌شود. باگاس حاصل ‫از این آسیاب‌ها حاوی 45 تا 50 درصد رطوبت ‫بوده و نیز، دارای مواد نا محلولی، مثل: سلولز، ‫فیبرهای متراکم شده و مواد محلولی، مانند ‫قند است. از نظر تجزیه‌ی عنصری، به طور ‫متوسط، می‌توان ترکیب مواد را به صورت کربن ‫47 درصد، هیدروژن 6/5 درصد، اکسیژن 44 ‫درصد،خاکستر 2/5 درصد در نظر گرفت. این ‫ماده، بیشتر در کشورهای دارای آب و هوای ‫گرم و مرطوب پراکنده است. در ایران، نیشکر در ‫مقادیر زیاد تولید می‌شود و با توجه به متمرکز ‫بودن کشت نیشکر و باگاس حاصل از واحدهای ‫استحصال شکر و مقدار تولید سالیانه‌ی آن ‫در کشور، استفاده از آن به عنوان یک منبع  ‫تجدیدپذیر، کاملاً اقتصادی و مقرون به صرفه ‫است.

استفاده از مواد آلی طبیعی، نظیر: کاه، چوب ‫ذرت، پوست برنج، پرها، خرده های چوب ‫و پشم، بنا به دلایلی، مانند: زیست تخریب ‫پذیری، تجدید پذیری، هزینه‌ی پایین و اثر ‫کمتر بر محیط زیست دریایی، در صورتی ‫که در حین عملیات پاکسازی آلودگی نفتی ‫رها شوند یا از دست بروند، رواج دارد. البته، ‫موارد یادشده، معایبی نیز دارند که عبارتند: ‫از احتمال آتش گیری در حین ذخیره،جذب ‫حشرات به محصولاتی مانند چوب که به ‫عنوان جاذب استفاده می‌شوند ، ایجاد گرد ‫و غبار و پراکندگی مواد بدون بسته بندی، ‫راندمان جذب کمتری نسبت به جاذب‌هایی ‫از جنس پلی پروپیلن. جاذب‌های معدنی ‫(بیشتر رس ها) و جاذب های سنتزی (بیشتر ‫پلی پروپیلن) جاذب های انتخابی در بیشتر ‫موارد محسوب می‌شوند.

‫جاذب‌های طبیعی فرآوری شده
جاذب‌های طبیعی، نسبتا ارزان و در دسترس ‫هستند و شدت جذب قابل قبولی دارند. ‫بسیاری از جاذب‌های طبیعی عمل آوری ‫می‌ شوند.این عمل آوری، باعث افزایش کارایی ‫برای جذب نفت می‌ شود،اما قیمت جاذب را نیز ‫افزایش می‌‌دهد. یکی از روشها، استیله کردن ‫گروه هیدروکسیل آزاد موجود در جاذب‌های ‫مختلف، مانند: کاه،کلش برنج و باگاس به ‫وسیله‌ی انیدرید استیک است. با افزایش دما و ‫میزان کاتالیست مورد استفاده، ظرفیت جذب ‫و قدرت جذب بالا خواهد رفت و از مزایای آن، ‫می‌ توان به قیمت پایین و ظرفیت جذب بالا ‫و جذب آسان اشاره کرد. به دلیل این که کاه ‫استیله شده به طور مشخص دارای خاصیت ‫آبگریزی است و جذب آب پایینی دارد، بازیابی ‫نفت از کاه، برای چندین مرتبه امکانپذیر ‫است. در نتیجه، استیله کردن کاه برنج و ‫دیگر موادی که قابلیت زیست تخریب پذیری ‫دارند، مانند: باگاس و ضایعات چوب، یکی ‫از روش‌های مناسب و اقتصادی برای حذف ‫آلودگی‌های نفتی موجود در آب است.

جاذب‌های معدنی
1- آئروژل
‫این مواد، اکسید فلزات جامد هستند که حالت ‫اسفنجی باز دارند. این ساختار، به آنها اجازه‌ی ‫نفوذ ترکیبات مختلف به ساختار جامد را ‫می‌دهد. اولین بار، سیلیکا آئروژل، توسط محلول ‫غلیظ سیلیکات سدیم و پتاسیم به دست آمد. ‫پیشرفت‌های چشمگیری در تهیه‌ی آئروژل‌ها ‫به وجود آمده است. به عنوان مثال، استفاده ‫از آلکوکسید، باعث حذف مرحله‌ی شستشو و ‫مراحل تعویض حلال و در نتیجه، موجب شتاب ‫دادن به واکنش می‌شود. به رغم ویژگی‌های ‫سیلیکا آئروژل، باید به برخی دشواری‌ها، قبل ‫از تجاری شدن آن‌ها توجه کرد. یکی از این ‫مشکلات و موانع همراه با آن‌ها، خراب شدن ‫ساختار آنها به دلیل جذب آب است؛ به دلیل ‫این که، دی اکسید کربن از لحاظ اقتصادی ‫باصرفه‌تر، ایمن‌تر و دارای قابلیت آتش گیری و ‫انفجار و از لحاظ شیمیایی، خنثی و دارای دمای ‫بحرانی پایینی است.


‫2- زئولیت
‫در چند دهه‌ی گذشته، اغلب تحقیقات ‫روی سیلیکا، بر خاصیت آبگریزی متمرکز ‫شده است. زئولیت‌ها به عنوان جایگزین، به ‫منظور جذب آلودگی‌های نفتی کاربرد دارند. ‫زئولیت‌ها از نظر گرمایی، بسیار پایدار هستند ‫(تا ‪ 30 Cپایدار هستند) و مانند دیگر ترکیبات ‫آلومینوسیلیکات، دارای منافذ مشخصی در ‫حدود ‪ 0.2-0.9nm هستند که مربوط به سطح ‫ویژه آنها است. ژئولیت‌های آبگریز، نسبت به ‫کربن فعال از مزیت‌های زیر برخوردارند:
‫ -نیازمند تجهیزات ایمنی کمتر هستند،به‫‌دلیل آن که آتشگیر نیستند.
-‫ جذب رطوبت کمتری نسبت به کربن فعال‫ دارند. کربن فعال، در حدود 70 درصد جذب ‫رطوبت دارد و زئولیت، از حدود 50 درصد ‫جذب رطوبت دارد.


‫یکی از معایب زئولیتهای آبگریز، ظرفیت ‫جذب کمتر آنها نسبت به کربن فعال است. ‫اصلاح سطحی زئولیت‌ها به وسیله‌ی حذف ‫آلومین، صورت می‌گیرد. ‫از خاکستر آتشفشانی نیز، می‌توان به عنوان ‫تصفیه‌ی آب‌های فاضلاب و آب‌های آلوده به ‫مواد نفتی استفاده کرد.



‫3- خاک‌های معدنی
خاک‌های معدنی که از ذرات کوچک کریستالی ‫دارای ورق‌های چهاروجهی سیلیکا تشکیل شده ‫اند. (یون‌های سیلیکون که به صورت چهاروجهی ‫با اتم‌های اکسیژن پیوند تشکیل داده‌اند و ‫ورق‌های هشت وجهی یون‌های آلومینیوم و ‫منیزیم، به صورت هشت وجهی، با شش مولکول ‫اکسیژن و هیدروکسیل پیوند دارند. خاک‌های ‫معدنی، با جایگزینی یون‌های سیلیکون، به جای ‫یون‌های آلومینیوم در شبکه‌ی چهار وجهی و ‫جایگزینی به وسیله یون‌های منیزیم و دیگر ‫کاتیونهایی که از لحاظ اندازه برابر هستند، در لایه‌ی هشت وجهی، به بار خنثی می‌رسند. از ‫این راه، به دلیل خنثی بودن سطحی این مواد، ‫یونهای سدیم و پتاسیم و کلسیم، به عنوان ‫کاتیونهای جایگزین، می‌توانند به سطح این ‫مواد معدنی جذب شوند. این کاتیونها قابل ‫تعویض با کاتیونهای دیگر موجود در خاکهای ‫معدنی، مثل مواد معدنی و کاتیونهای فلزی ‫هستند.

‫4- پرلیت
‫از دیگر مواد معدنی، می‌توان به کاربرد گرافیت ورقه‌ای و پرلیت و کربن فعال در حذف ‫آلودگی‌های نفتی اشاره کرد. پرلیت، یکی از ‫جاذب‌های صنعتی است که به فراوانی در ‫معادن یافت می‌شود. از خصوصیات بارز پرلیت، ‫می‌توان دانسیته‌ی کم (‪(40-200kg/m3 ‫(فضای تخلخل زیاد بیش از 90 درصد)، ساختار لایه لایه‌ای آن، پخش شدن سریع پرلیت روی ‫نفت، نفوذپذیری بالا و جمع‌آوری آسان آن ‫را مورد توجه قرار داد. پرلیت، بلافاصله بعد ‫از جذب نفت به صورت لخته روی سطح آب، ‫شناور می‌ماند که جمع‌آوری آن از روی سطح ‫آب، به آسانی امکان‌پذیر می‌شود. فرایند جذب ‫لکه‌ی نفتی توسط پرلیت، از نوع جذب سطحی ‫است که به شدت بستگی به نوع ماده جاذب، ‫سطح تماس، ساختار آن، مقدار و ترکیب ماده ‫آلی دارد. در فرایند جذب سطحی، جذب عمدتاً ‫از نوع جذب فیزیکی است. خاصیت آبگریزی ‫پرلیت، باعث برتری این جاذب برای کاربرد آن ‫در محیط‌های آبی می‌شود.

 ‫5- کربن فعال
‫کربن فعال، به طور گسترده برای جذب ترکیبات آلی و مخصوصاً برای جداسازی ‫ترکیبات فرار آلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ‫از مزایای کربن فعال، می‌توان به قابل دسترس ‫بودن و تهیه‌ی آن از بسیاری از کارخانه‌ها و ‫قدرت جذب نسبتاً بالای آن اشاره کرد. با توجه ‫به مزایای کربن فعال، از معایب این جاذب، ‫می‌توان خطر آتش‌گیری، بسته شدن منافذ ‫به دلیل پلیمریزاسیون کاتالیست‌ها به وسیله‌ی ‫خاکسترهای موجود روی سطح کربن فعال را ‫مورد توجه قرار داد؛ ولی با استفاده از ترکیب ‫دو ماده‌ی خاک‌های آلی و کربن فعال، ظرفیت ‫جذب نفت را بالا می‌برند. بنابراین، مخلوط ‫کربن فعال و دیگر مواد متخلخل، مانند: سیلیکا ‫آئروژل، زئولیت و ژئوپلیمرها می‌توانند به عنوان ‫جاذب آلودگی نفتی مورد استفاده قرار بگیرند؛ ‫همچنین، این مواد، از قدرت جذب نفت نیز ‫برخوردار هستند.

 ‫جاذب‌های سنتزی
پلی پروپیلن و پلی یورتان، متداول‌ترین مواد ‫سنتزی آلی در حذف آلودگی‌های نفتی به شمار ‫می‌روند. دلیل این پدیده، خاصیت نفت دوستی و آبگریزی آنها و همین طور، وزن سبک این ‫ترکیبات است. فرم شبکه‌ای باز پلی یورتان، ‫این فوم‌ها را قادر می‌سازد تا چند برابر وزنشان ‫نفت را از محلول آب و نفت جذب کنند، که این ‫موضوع مستلزم اصلاحات سطحی است که باید ‫در روی شبکه‌ی فوم پلی یورتان انجام شود. پلی ‫پروپیلن، یک جاذب سنتزی با راندمان بالاست ‫و نسبت به جاذب‌های معدنی، ضایعات کمتری ‫را ایجاد می‌کند. مزیت دیگر پلی پروپیلن، ‫قیمت بالای آن، عدم زیست تخریب پذیری و ‫سطح بالاتر آموزش مورد نیاز برای کارکنان در ‫خصوص کاربرد آن، برای حذف لکه نفتی است. ‫مواد جاذب، ممکن است با ترکیبات آب گریز و ‫نفت دوست، به منظور بهبود عملکرد جاذب‌ها ‫عمل آوری شوند. ترکیبات نفت دوست، تمایل ‫به جذب نفت دارند. در حالی که ترکیبات آب ‫گریز، آب را دفع می‌کنند. این نوع عمل آوری‌ها، ‫از آن جا که به شناوری جاذب‌ها بر روی آب ‫نیز، کمک می‌کنند، مفید محسوب می‌شوند. ‫از دیگر مواد سنتزی که در سالهای اخیر، ‫در حذف لکه‌های نفتی مورد توجه قرار گرفته ‫است، ضایعات لاستیک و آمیزه‌های لاستیکی ‫است که با توجه به خاصیت ذاتی پودر لاستیک ‫در جذب هیدروکربن‌های مایع و گاز، استفاده ‫از ترکیبات لاستیکی در جذب لکه‌های نفتی ‫می‌تواند یکی از راه حل‌های مناسب و یکی از ‫ارزانترین روشهای بازیافت این ماده در صنعت ‫باشد.




‫روش‌های استفاده از مواد جاذب

‫جمع‌آوری آلودگی‌های نفتی از روی سطح آب ‫به وسیله‌ی مواد جاذب، به روش‌های زیر صورت ‫می‌گیرد:
‫1- استفاده از مواد جاذب به صورت توده ای
‫مواد جاذب به صورت توده ای، دسته ای از ‫مواد جاذب هستند که شکل خاصی ندارند و ‫از مولکول‌هایی ساخته شده اند که هیــچ گونه ‫اتصالی با یکدیگر ندارند . این مواد می‌توانــند ‫به صورت رشته‌های کــوتاه و یا مـــواد معدنی ‫(پرلیت،ورمکولیت) ، مواد با منشا گیاهی ‫(کاه،زغال سنگ نارس) و یا مواد مصنوعی مثل مواد پلیمری (پلی اورتان، پلی پروپیلن و پلی ‫استایرن) باشند. این مواد، بر روی آب، به صورت ‫گسترده پخش می‌شوند و به صورت مستقیم، با ‫آلودگی تماس پیدا می‌کنند و می‌توانند در بین لایه‌های آلودگی در صورتی که به شکل نازک ‫درآمده باشند، نفوذ پیدا کنند.
‫2- استفاده از مواد جاذب به شکل ورق و یا ‫رول
ورق‌های جاذب، معمولاً به صورت مربعی شکل ‫و با ابعاد 50×50 سانتیمتر و یا به شکل نواری ‫هستند. ‫ضخامت ورق‌های جاذب، کمتر و یا برابر 3 ‫میلی متر است. از انواع این ورق‌ها، می‌توان به ‫ورق‌های جاذب پلی پروپیلن اشاره کرد. ‫رول‌ها، معمولاً از جنس منسوج غیر بافته ‫هستند و در داخل آن‌ها رشته‌هایی وجود دارد ‫که آنها را تقویت می‌کند. در هنگام استفاده از ‫مواد جاذب به صورت ورق جاذب و یا رول، باید ‫موارد زیر در نظر گرفته شود:
‫1-2- این نوع از مواد جاذب، برای میزان ‫اثرگذاری بیشتر، باید مدت زمان بیشتری ‫روی آب باقی بمانند، اما این مسئله نیز، باید ‫مورد توجه قرار بگیرد که این مواد، باید حتماً از ‫روی آب جمع‌آوری شوند.پراکندگی ورق‌های ‫جاذب توسط جریان آب و یا باد، جمع‌آوری این ‫مواد را از روی سطح آب، دشوار خواهد ساخت.
‫2-2- در مناطق با وسعت کم، به منظور افزایش ‫میزان جذب، می‌توان با استفاده از حرکت دادن ‫ورق‌های جاذب و رول‌ها روی سطح آب، میزان ‫جذب را افزایش داد. همچنین، می‌توان از ‫بوم‌های شناور برای محصور کردن آلودگی و ‫استفاده، بهتر، از مواد جاذب استفاده کرد. با ‫کمک این روش، جمع‌آوری ورق‌های جاذب و ‫رول‌ها از روی سطح آب، آسانتر خواهد بود. در ‫این مناطق، برای جمع‌آوری مواد جاذب از روی ‫سطح آب، از شن کش و چنگک‌های مخصوص ‫استفاده می‌شود.
‫3-2- در عملیات جمع‌آوری مواد نفتی، در ‫صورتی که شرایط استفاده از بوم‌های مهار در ‫منطقه وجود نداشته باشد، باید از رولهای ‫جاذب استفاده شود. جریانها و امواج دریایی، باعث پراکندگی و حرکت رولهای جاذب روی ‫آب خواهند شد. در هنگام استفاده از رولهای ‫جاذب، باید از طناب‌هایی به منظور جلوگیری از ‫پراکندگی رول‌ها در منطقه‌ی عملیات استفاده ‫شود.

 

‫3- استفاده از مواد جاذب، به صورت بوم ‫(‪ (Sorbent Boomو بالشتکهای جاذب

‫(‪ (Sorbent Pillowبالشتک‌های جاذب، نوعی ‫از مواد جاذب هستند که در داخل پوشش‌های ‫نفوذپذیر از جنس سیمی‌،پلاستیکی یا سایر ‫مواد قرار دارند و برای جذب مواد نفتی مورد ‫استفاده قرار می‌گیرند. معمولاً میزان طول این ‫بالشتک‌ها، کمتر از یک متر است. ‫برای افزایش میزان جذب و جلوگیری از خروج ‫آلودگی، باید بومها از انتها به یکدیگر متصل ‫شوند.
-استفاده از مواد جاذب به صورت الیافهای ‫رشته ای بلند
‫الیاف‌های جاذب، به صورت رشته‌های طنابی ‫بلند و معمولاً از جنس الیاف پلی پروپیلن ‫هستند که به یکدیگر بافته شده‌اند و به ‫وسیله‌ی سیم، به یکدیگر متصل می‌شوند. این ‫الیاف‌ها می‌توانند به صورت تکی و یا به صورت ‫چند تایی مورد استفاده قرار بگیرند. این گونه ‫جاذب‌ها، برای جذب مقادیر کم مواد نفتی با ‫میزان ویسکوزیته‌ی متوسط تا بالا و همچنین، ‫برای جذب سریع آلودگی‌های نفتی که در آب ‫به صورت امولسیون در آمده‌اند، مورد استفاده ‫قرار می‌گیرند. ‫
5- استفاده از مواد جاذب، با توجه به موقعیت ‫منطقه
‫گاهی اوقات، برای مقابله با آلودگی، از مواد ‫جاذب با توجه به موقعیت محیطی و فراوانی ‫مواد جاذب در آن نقطه استفاده می‌شود . از موارد ‫استفاده از مواد جاذب به صورت موقتی ، می‌ ‫توان به استفاده از کاه، نی، علف جارو، سرخس ‫خشک شده، باگاس (ضایعات نیشکر) و سایر ‫مواد قابل دسترس و فراوان در منطقه اشاره ‫کرد. در عملیات مقابله با آلودگی‌های نفتی، ‫شناسایی و استفاده از گیاهان بومی‌ منطقه، با ‫توجه به اثرات کمتر این مواد بر محیط زیست دریایی نسبت به مواد جاذب صنعتی، از اولویت ‫بیشتری برخوردار است.



‫نگهداری مواد جاذب:
‫مواد جاذب، اصولاً مواد پایداری هستند و تاریخ ‫انقضاء ندارند. در مورد نگهداری از این گونه ‫مواد، باید موارد زیر در نظر گرفته شود:
‫1- این مواد، باید در جای خشک و دور از تماس ‫مستقیم با آب نگهداری شوند. مواد جاذب، در ‫صورت تماس با آب و رطوبت، میزان اثرپذیری ‫خود را بر اثر جذب آب، از دست خواهند داد.
‫2- در انباری که برای نگهداری مواد جاذب ‫در نظر گرفته می‌ شود، باید به موارد زیر توجه ‫کرد:
‫1-2- باید نوع ماده جاذب، جنس آن، وزن بسته بندی و بهترین روش برای از بین بردن ‫آن، پس از جذب مواد نفتی، مشخص شود.
‫2-2- مواد جاذب، باید بر اساس نوع و میزان ‫جذب، به منظور پاسخگویی به حوادث نفتی، ‫مشخص شده باشند.
3-2- مواد جاذب، باید بر اساس میزان، نحوه‌ی ‫بسته بندی و موقعیت قرارگیری آنها در انبار ‫مشخص شوند.
‫4-2- انبارهای نگهداری مواد جاذب، باید ‫از حمله‌ی جانوران موذی و جونده، حفظ و ‫نگهداری شوند.

منبع باشگاه مهندسان