Оценка загрязнения открытого водоисточника

  После разлива с нефтью происходят превращения  в следующей последовательности [5].

  1. Перемещение нефти по поверхности  моря под действием ветра, волн и течений.

  2. Растекание - увеличение площади нефти на морской поверхности за счет положительной плавучести, поверхностного натяжения и турбулентной диффузии.

  3. Испарение - физико-химический процесс,  приводящий к массопереносу углеводородов с морской поверхности в атмосферу. Это - наиважнейший исходный атмосферный процесс, в результате которого все летучие фракции (легкие фракции) нефти улетучиваются в течение первых нескольких часов (дней) после разлива нефти. Другая важная роль процесса испарения заключается в изменении физических и химических свойств нефти (в частности, ее плотности, вязкости, содержания воды и т. д.).

  4. Атмосферный перенос - перенос  испарившихся нефтепродуктов в атмосфере.

  5. Эмульгирование, образование мусса  - физико-химический процесс формирования эмульсии типа «вода в нефти», приводящий к увеличению вязкости нефти. Образование эмульсий приводит к существенным изменениям свойств и характеристик нефти. Образование эмульсий - результат того, что полярные и асфальтеновые соединения ведут себя как поверхностно-активные вещества. В сырой нефти эти соединения находятся в стабилизированной форме за счет естественных ароматических соединений нефти. По мере того как эти растворители истощаются под влиянием атмосферных воздействий, асфальтены начинают выпадать в осадок. Выпавшие в осадок асфальтены уменьшают поверхностное натяжение на поверхности раздела вода-нефть и инициируют процесс эмульгирования.

  6. Проникновение нефти в водного  толщу (диспергирование) - перенос нефти с морской поверхности в водную толщу, вызванный образованием эмульсии типа «нефть в воде». Диспергирование представляет собой физический процесс, при котором макроскопические сферические частицы нефти переносятся с морской поверхности в толщу воды вследствие разрушения ее волнами. Диспергированная нефть в виде глобул разного размера распространяется и диффундирует в толщу воды. На стабильность диспергирования влияют такие факторы, как размеры капель, их плавучесть и турбулентность.

  7. Растворение - сложный физико-химический  процесс, в результате которого часть массы нефти из пленочной или капельной фазы переходит в водную толщу. Растворение - это процесс, приводящий к массопереносу углеводородов (растворимых в воде фракций) из поверхностного тонкого нефтяного слоя взвеси и капель нефти в толщу воды после окисления легких углеводородов кислородом воздуха с образованием полярных компонентов.

  Массоперенос, происходящий вследствие молекулярной диффузии, протекает более медленно по сравнению с испарением. Концентрация растворенных в воде углеводородов под поверхностным тонким слоем взвеси сразу после разлива нефти возрастает, а затем, спустя несколько часов, быстро уменьшается в результате улетучивания компонентов при испарении.

  8. Фотоокисление - трансформация нефтяных  углеводородов под действием солнечного света.

  9. Биодеградация - уменьшение массы  нефти в водной толще за  счет действия микроорганизмов.  Биодеградация или биодеструкция - это биохимический процесс, изменяющий или превращающий углеводороды нефти благодаря жизнедеятельности микроорганизмов и (или) поглощающих и удерживающий их внутри микроорганизмов.

  10. Погружение нефти в воду и  осаждение ее на дно происходит за счет увеличения плотности нефти из-за процессов выветривания или вследствие захвата нефтяных капель микроорганизмами. В результате осаждения на морском дне образуются отложения адсорбированных частиц нефтяных осадков.

  11. Взаимодействие с берегом происходит  за счет переноса нефти в направлении берега и вследствие атмосферного переноса испарившейся нефти.

   12. Взаимодействие со льдом - перенос и выветривание нефти в условиях замерзающего, тающего и движущегося ледового покрова.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Рисунок 1.2 – Блок-схема последовательность превращения нефти после разлива

3.3 Механические методы 

  Механические  методы, в свою очередь, можно условно разделить на две группы - методы, удаляющие нефть с водной поверхности с возможной последующей ее утилизацией или уничтожением, и методы, очищающие водную поверхность с переводом нефти на дно.

  Проблема, возникающая при использовании  методов первой группы, связана с тем, что обычно проводят две операции. Первая - распределение адсорбирующего материала по плавающей поверхности, вторая - удаление этого материала и последующее его сжигание или извлечение из него нефти. Сорбенты из пенообразующих материалов чрезвычайно легки, поэтому рассеивать их на большой площади открытого водоема и водной поверхности открытого моря чрезвычайно трудно, так же как и собирать их, поскольку, даже насыщенные нефтью, они обладают огромной парусностью и способны быстро передвигаться под действием ветров и течений. Это значительно ограничивает возможность применения подобных материалов.

  При использовании методов, погружающих  нефть на дно, применяют вещества, которые физически являются адсорбентами и абсорбентами. Известна многочисленная группа различных нейтральных порошков, состоящих из природных компонентов донных осадков, к которым прибавляются активированный кремнезем или естественный меловой порошок.

  Однако  эксперименты показали, что даже через  несколько месяцев после затопления масса нефти остается еще подвижной и при волнении может подниматься на поверхность[6].

  Один  из методов ликвидации разлитой нефти с поверхности воды предусматривает нанесение на нее диатомитовой земли при соотношении объемов земли и нефти от 3:1 до 1:1. При этом образующийся глинообразный материал быстро оседает на дно. Смесь диатомитовой земли с сеном, соломой, торфом в сочетании с адсорбированной нефтью удерживается на водной поверхности в течение недели.

  Применение  потопляющих агентов, на первый взгляд, заманчиво тем, что операцию проводят в один прием и можно в течение нескольких минут освободить водную поверхность моря от плавающей нефти. Однако соединения, обладающие большой впитывающей способностью, имеют ограниченную плавучесть. Соединения же, имеющие длительную плавучесть, обладают пониженной впитывающей способностью.

  С биологической точки зрения только первая группа методов, предполагающая сбор и удаление нефти с поверхности с последующей утилизацией или уничтожением на берегу, может считаться удовлетворительной. При погружении нефти на дно она не только приводит к поражению бентосных организмов, в том числе устричных и мидиевых, но и создает хроническое загрязнение акватории. В осадках, как указывалось выше, окисление нефти происходит крайне медленно и при этом возможно газообразование, которое способствует поднятию нефтяных остатков вновь к поверхности[6].

3.3.1 Боновые заграждения для локализации разливов нефти и нефтепродуктов

  Основными средствами локализации разливов ННП  в акваториях являются боновые заграждения. Их предназначением является предотвращение растекания нефти на водной поверхности, уменьшение концентрации нефти для облегчения процесса уборки, а также отвод (траление) нефти от наиболее экологически уязвимых районов[7].

  В зависимости от применения боны подразделяются на три класса:

  I класс - для защищенных акваторий  (реки и водоемы);

  II класс - для прибрежной зоны (для  перекрытия входов и выходов  в гавани, порты, акватории судоремонтных  заводов);

  III класс - для открытых акваторий.

  Боновые заграждения бывают следующих типов:

  - самонадувные - для быстрого разворачивания в акваториях;

  - тяжелые надувные - для ограждения танкера у терминала;

  - отклоняющие - для защиты берега, ограждений ННП;

  - несгораемые - для сжигания ННП на воде;

  - сорбционные - для одновременного сорбирования ННП.

  Все типы боновых заграждений состоят  из следующих основных элементов[7]:

  - поплавка, обеспечивающего плавучесть бона;

  - надводной части, препятствующей перехлестыванию нефтяной пленки через боны (поплавок и надводная часть иногда совмещены);

  - подводной части (юбки), препятствующей уносу нефти под боны;

  - груза (балласта), обеспечивающего вертикальное положение бонов относительно поверхности воды;

  - элемента продольного натяжения (тягового троса), позволяющего бонам при наличии ветра, волн и течения сохранять конфигурацию и осуществлять буксировку бонов на воде;

  - соединительных узлов, обеспечивающих сборку бонов из отдельных секций;

  - устройств для буксировки бонов и крепления их к якорям и буям.

  При разливах ННП в акваториях рек, где локализация бонами из-за значительного течения затруднена или вообще невозможна, рекомендуется сдерживать и изменять направление движения нефтяного пятна судами-экранами, струями воды из пожарных стволов катеров, буксиров и стоящих в порту судов.

3.3.2 Оборудование для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды

  Сбор  нефтепродуктов с водной поверхности  при отсутствии специального оборудования может осуществляться методом их прямой откачки насосным оборудованием общего назначения. В связи с более высокой вязкостью нефтепродуктов по сравнению с водой откачка обычными насосными агрегатами поверхностного загрязненного нефтепродуктами слоя приводит к тому, что в откачиваемой водонефтяной эмульсии доля водной фазы достигает 40...90 %. Сбор нефтепродуктов с поверхности воды в данном случае является длительным и неэффективным[6].

  Самые простые аппараты для сбора нефти  основаны на использовании плавающих  емкостей, один из бортиков которых (порог) опущен ниже поверхности на предполагаемую толщину слоя нефти. Основным недостатком таких конструкций является крайне невысокая скорость сбора нефти, значительный попутно захватываемый слой воды при волнении и уменьшении толщины пленки нефтепродукта в конце операции сбора. При регулировании глубины спуска порога под уровень нефтепродукта уменьшается и количество попутно захватываемой воды.

  Устройства  с плавающими насосами могут сочетаться с пороговыми устройствами и откачивать продукты любой вязкости на значительные расстояния и высоту, но при этом образуются трудноразделимые водонефтяные эмульсии.

  Сбор  с помощью гидродинамических  устройств (с использованием центробежных сил), например гидроциклона, основан на разделении смеси нефти и воды вследствие разности их плотностей. Степень разделения зависит от дисперсности водонефтяной эмульсии, скорости вращения и времени пребывания жидкой смеси в аппарате. Данные устройства обычно используются для первичного разделения фаз с последующей доочисткой воды. Устройства с вихревой воронкой подчиняются законам движения жидкостей в гидроциклоне, но базируются на других принципах закручивания потока. Устройства для образования большого числа микровихрей предполагают закручивание естественного потока на специальных решетках и других конструкциях[7].

  Более совершенны и производительнее устройства с вакуумированным сборником  на судне или на берегу и с плавающей головкой (возможно с пороговым устройством). При правильном регулировании образуется мало водонефтяных эмульсий, но существуют ограничения по высоте подъема (5...7 м) и вязкости продукта.

  Для очистки поверхности водоемов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами  разработан и выпускается промышленностью целый ряд нефтесборщиков, которые позволяют производить сбор нефтепродуктов с одновременным отделением их от водной фазы непосредственно в водоеме.

  Общим для всех нефтесборщиков является наличие  в их конструкции нефтезаборного узла, насоса, привода и энергоузла, а также комплекта соединительных шлангов и других комплектующих.

  По  конструктивным особенностям нефтезаборных  узлов в составе всего многообразия выпускаемых нефтесборщиков можно выделить два основных класса данного оборудования: