close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ
РАЗЛИВОВ НЕФТИ В ВОДОЁМАХ
Соинов И.А.,
ЛИЕН, 9 группа
В настоящее время ежегодно во всем мире добывается от 2 до 3 млрд. т нефти на более чем 40 тыс. нефтяных месторождений. А это - потенциальные очаги воздействия на природные экосистемы! Кроме того, при переработке, транспортировке и хранении нефти также
происходит загрязнение окружающей среды углеводородами.
По приближенным оценкам экспертов, ежегодно поверхность земного шара загрязняется 30 млн. тонн нефти. Из них, по разным оценкам, от 3 до 12 млн. тонн ежегодно поступает в Мировой океан.
"Мировой рекорд" по загрязнению океана нефтью, зафиксированный Книгой рекордов Гиннеса, принадлежит мексиканской плавучей буровой установке "Иксток-1". В результате аварии в Мексиканском заливе в июне-августе 1979 г. в воду вылилось 535 000 т нефти,
диаметр нефтяного пятна достиг 640 км.
Крупнейшая авария нефтяных танкеров - это столкновение супертанкеров "Атлантик
экспресс" и "Эйджин Кэптен" у берегов Тобаго в июле того же 1979 года, при которой в море
попало 236 тыс. т нефти.
Масштабы нефтяных загрязнений неуклонно растут параллельно с ростом добычи и
потребления «черного золота».
По прогнозам ЮНЕСКО во всем мире в обозримом будущем ожидается 30 %-ное
увеличение числа аварий с выбросом нефти и нефтепродуктов.
По источнику возникновения загрязнения классифицируются на естественные и антропогенные.
Среди учёного сообщества нет единства относительно точного соотношения цифр, но
всё сходятся в том, что большая часть загрязнений имеет антропогенный характер. На диаграмме приведены усреднённые цифры.
Экологические последствия нефтезагрязнений водоёмов имеют резко негативный характер.
Известно, что вследствие образования на поверхности воды нефтяной пленки толщиной 0,001 мм нарушается газообмен: резко сокращается количество растворенного
в воде кислорода и повышается содержание углекислого газа. Это затрудняет жизнедеятельность живых организмов и часто приводит к их гибели. Экспериментально доказано, что
тонна нефти загрязняет 12 кв. км водной поверхности.
Ещё один фактор воздействия заключается в том, что нефтяная пленка преграждает
доступ света в воду. Отсутствие достаточного количества света ведет к массовой гибели
морской флоры и, в частности, фитопланктона, который является основным потребителем
углекислоты и поставщиком около 50 % кислорода, а также составляет основу кормовой базы морских организмов.
Вредные соединения, находящиеся в нефти и нефтепродуктах, могут накапливаться в
морских организмах, а затем передаваться в организм человека. Например, канцерогенные
полициклические ароматические углеводороды, накопленные гидробионтами, могут проходить через многих представителей морской пищевой цепи, не претерпевая никаких изменений.
Анализ литературных данных показал, что универсального метода и средства для
очистки поверхности водоемов от нефти и нефтепродуктов не существует. Многочисленные
параметры водоёма и окружающей местности определяют выбор метода очистки, материалов и оборудования.
В настоящее время ликвидация разливов нефти осуществляется несколькими методами: механическим, химическим, термическим, микробиологическим и физико-химическим
(его ещё называют сорбционным).
В настоящее время отечественной и зарубежной промышленностью для локализации
аварийных разливов нефти и нефтепродуктов выпускается свыше 200 разновидностей боно-
вых заграждений. Такое многообразие нефтеудерживающих бонов вызвано различием технологических задач, решаемых с использованием данного оборудования, а также ландшафтными и климатическими условиями их применения.
Для очистки поверхности водоемов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами разработан и выпускается промышленностью целый ряд нефтесборщиков. Общим для всех
нефтесборщиков является наличие в их конструкции нефтезаборного узла. По конструкционным особенностям нефтезаборных узлов все выпускаемы нефтесборщики можно подразделить на два основных класса: пассивные и активные. И активные и пассивные нефтесборщики имеют как свои достоинства, так и свои недостатки. Общими недостатками механического метода является, во-первых, то, что после ликвидации загрязнения с помощью
нефтесборщиков на поверхности воды остается до 30 % нефти. Кроме того, нефтесборщики с
всасывающими устройствами вместе с нефтью забирают по некоторым данным до 40-80 %
воды, что создает дополнительные проблемы: забранную воду необходимо очищать до предельно допустимых концентраций (ПДК) как от плавающей, так и от эмульгированной
нефти, прежде чем сбрасывать её обратно в водоем. Отсюда себестоимость очистки единицы
площади возрастает практически вдвое. Так что при толщине нефтяной пленки менее 1 мм
использование нефтесборщиков не рационально.
Химический метод. В практике борьбы с нефтеразливами довольно часто используются детергенты эмульгирующего действия на нефтяную пленку.
Детергенты - поверхностно-активные вещества (ПАВ) при добавлении к дисперсным
системам концентрируются на границе раздела фаз, вызывают снижение поверхностного
(межфазного) натяжения и дают возможность этим прежде четко разделенным фазам «проникать» друг в друга, т.е. растворяться.
К детергентам нефтепродуктов относят различные вещества, которые химически воздействуют на молекулы углеводородных соединений, изменяя их поверхностное натяжение.
Эмульгирование нефтяной пленки происходит при расходе детергентов 25 % от массы
нефти.
С одной стороны, уменьшение размера нефтяных частиц увеличивает скорость процесса самоочищения моря от нефти. С другой стороны, поражающее действие эмульгированной нефти на морских обитателей выше, чем находящейся на поверхности воды нефтяной
пленки: эмульгированная нефть разделяется на мельчайшие капельки и тем самым легче попадает в организм водных обитателей. Это доказано экспериментально. Кроме того, токсичность самих детергентов для морских организмов часто выше, чем нефти и их применение
только усугубляет последствия нефтяного загрязнения. И это является существенным недостатком этого метода.
Термический метод. Сжигание нефти на воде имеет незначительное место, т.к. этот
метод малоэффективен. Слой нефти менее 3 мм не горит из-за охлаждающего действия воды.
Кроме того, горючие фракции быстро улетучиваются.
Биологический метод. Актуальным направлением очистки природных вод является
фиторемедиация, основанная на использовании растений и ассоциированных с ними микроорганизмов. В этой высокоэффективной технологии используются природные процессы, с
помощью которых растения и микроорганизмы разлагают или накапливают различные
нефтепродукты. За последние десять лет фиторемедиация приобрела большую популярность.
В Саратовском НИИ «Микроб» выявлена и исследована способность водной растительно-бактериальной ассоциации на основе элодеи канадской (Elodea canadensis) подвергать деградации нефть и нефтепродукты.Такими же свойствами обладают также и другие
обитатели водоёмов Саратовской области: уруть колосистая, роголистник темно-зеленый,
рдест пронзеннолистный и гребенчатый и сусак зонтичный.
Углеводородокисляющие бактерии сохраняют жизнеспособность и активность при
концентрации нефти в воде, соответствующей 20 ПДК. Они способны извлекать и окислять
до 1.5 кг растворенных нефтепродуктов из 1 м3 морской воды в год.
Однако скорость и полнота деградации нефти нефтеокисляющими бактериями сильно
зависит от температуры воды: оптимальная температура для них 20-45° С, а при температу-
ре + 10° С активность нефтеокисляющих бактерий очень слабая. Все эти ограничительные
факторы не позволяют широко применять на практике биологический метод для ликвидации
нефтеразливов.
С экологической точки зрения из всех средств борьбы с нефтяными загрязнениями, по
мнению некоторых ученых, только сорбционный метод является безопасным при условии
последующего сбора и утилизации насыщенного сорбента с поверхности воды.
«Sorbeo» по-латыни означает поглощать, таким образом, любое поглощение - это
сорбция.
В настоящее время для производства нефтяных сорбентов используется огромное количество материалов.
Проведенный анализ литературных данных показал, что на сегодняшний день отсутствуют систематизированные данные по эффективности использования различных типов
сорбентов. В разных работах при оценке эффективности сорбентов исследуются их различные характеристики. При этом приводится огромное количество классификаций по разным
классификационным признакам: по структуре, по плавучести, по способу утилизации и т.д.
В интересах нашего исследования мы использовали наиболее общую классификацию
сорбентов по составу исходного сырья.
Сорбенты на основе растительных остатков (торф, отруби различных злаков и гречихи, лузга от подсолнечных семечек, мох, кокосовое волокно, древесные опилки и т.п.).
Сорбенты на синтетической основе. Данные сорбенты созданы на основе полиуретана, полипропилена, полиэтилена, карбомидоформальдегидных смол и т.п.
Углеродные сорбенты в основном используются в промышленных фильтрах для
очистки воды от нефтепродуктов. К этой же группе относятся терморасширенные графиты.
Группу сорбентов на основе природных пористых минералов можно подразделить на две
подгруппы: негидрофобизированные и гидрофобизированные.
К первой подгруппе относятся вспученные природные минералы, которые не подвергались никакой модификации: перлит, вермикулит. Гидрофобизированные сорбенты отличаются от первой подгруппы тем, что на гранулы минералов наносится вещество или композиция веществ, в результате чего минералы приобретают гидрофобные и олеофильные свойства. Использование такого сорбента многим исследователям представляется наиболее предпочтительным.
Мы задались целью проверить описанные в литературе свойства некоторых сорбентов-представителей разных групп экспериментально.
Для этого мы приобрели сфагнум, кокосовое волокно (растительные), перлит (минеральный), древесный уголь (углеродный). Попытка отыскать в свободной продаже гидрофобизированные минеральные и синтетические сорбенты, к сожалению, не увенчалась успехом.
Методическую основу эксперимента составила «Методика оценки эффективности
нефтяных сорбентов», предложенная в ТУ 214-10942238-03-9. Согласно ей эффективность
нефтяного сорбента определяется по трём критериям: нефтеёмкости, влагоёмкости и плавучести.
Инструментальное обеспечение и ход эксперимента представлены на фотографиях.
Основные результаты эксперимента представлены в Приложении 1.
Данные, приведённые в таблице, свидетельствуют о том, что наибольшей влагоёмкостью обладает сфагнум, наименьшей – древесный уголь. Показатели нефтеёмкости различаются менее значительно: наибольшее значение у сфагнума, у трёх прочих образцов колеблется в районе 0,5 г/г.
Наш эксперимент не подтвердил данных, приводимых некоторыми исследователями в
отношении плавучести растительных и минеральных сорбентов: все образцы характеризуются отличной плавучестью, превышающей 24 часа, что позволяет осуществлять сбор сорбента
с сорбатом с поверхности воды в течение длительного времени.
Таким образом, с учётом всех вышеперечисленных параметров, включая розничную
цену, наиболее оптимальным выбором в наших целях можно считать два сорбента: сфагнум
и кокосовое волокно.
Приложение 1
Результаты эксперимента
Сфагнум
Кокосовое
волокно
Древесный
уголь
Перлит
Масса сухого
сорбента,
г
0,7
3,66
3,7
1,83
Масса сорбента
после фильтрации,
г
13,76
10,61
8,84
5,6
Масса высушенного сорбента с
сорбатом,
г
3,63
6,48
5,34
2,81
Влагоёмкость,
г/г
14,47
1,13
0,95
1,52
Нефтеёмкость,
г/г
4,19
0,6
0,44
0,56
Плавучесть, ч.
Более 24
Более 24
Более 24
Более 24
Цена за 100 мл,
руб.
9,57
8,14
9,0
12,0
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа