Оценка загрязнения открытого водоисточника

  1) пассивные нефтесборщики для  осуществления механического и  сорбционно-механического способов сбора нефти и нефтепродуктов, включая пороговые и лотковые нефтесборщики;

  2) активные нефтесборщики для осуществления  механического и сорбционно-механического способов сбора нефти и нефтепродуктов включая роторные, ленточные, дисковые, вихревые, ершовые и вакуумные нефтесборщики.

  Использование судов - нефтесборщиков особенно эффективно в тех случаях, когда необходимо быстро предотвратить растекание нефти по акватории, а применение ограждающих бонов невозможно по каким-то причинам.  

     Рисунок 1.3 – принципиальная схема судна-нефтесборщика

1 —  сорбент, насыщенный нефтью; 2 — судно; 3 — клапан; 4 — гравитационный сепаратор; 5 — емкость-наполнитель: 6—кассетный адсорбер; 7—сброс чистой воды; 8—насос; 9 — заборное устройство; 10 — подвижная переливная гёрань  

4.   Физико-химические методы
1. Сжигание

  Случаи  сжигания нефти в результате неконтролируемого  самопроизвольного возгорания или  в результате возникновения аварийных ситуаций наблюдались со времен ее добычи. Мысль о регулируемом сжигании нефти на водной поверхности прямо на месте разлива возникла в результате наблюдения случаев успешного ее сгорания на суше и на ограниченной водной поверхности, в результате которого уменьшалось отрицательное воздействие разлива на окружающую среду[8].

  Метод сжигания нефти обычно считается самым простым из физико-химических методов удаления нефтяных загрязнений. Пролитую сырую нефть, в принципе, сжечь можно. Однако поджечь разлитую нефть на поверхности моря практически невозможно. Это объясняется тем, что нефти, особенно с низкой степенью вязкости, разливаются очень быстро, толщина слоя нефти становится малой, а охлаждающее действие воды велико, вследствие чего горение прекращается. Этому способствует также быстрая потеря нефтью легких, наиболее горючих фракций.

  Исследования по сжиганию нефти продолжаются [9], привлекая нефтедобытчиков и транспортников перспективами быстрого и полного ее удаления. По мнению специалистов, при сжигании нефти на воде в реальных условиях аварийных проливов полнота сгорания снизится до 50% из-за погодных условий и невозможности сконцентрировать в одном месте нефтяное пятно. Но и этот показатель значительно превышает 10... 15 % величину, характеризующую полноту сбора нефти механическими средствами.

  Для осуществления процесса сжигания нефти на водной поверхности выработаны некоторые рекомендации [8]:

  - для поджигания свежей, легко  испаряющейся нефти требуется  минимальная толщина слоя 1...2 мм;

  - для выветренной нефти толщина  слоя должна составлять 3...5 мм;

  - котельные нефтяные топлива, а также способная гореть нефтяная эмульсия для возгорания должны иметь толщину слоя порядка 10 мм;

  - скорость ветра при поджигании  нефти должна быть менее 11 м/с;

  - содержание воды в нефтяной  эмульсии не должно превышать  30 %.

  При сжигании нефти образуется до 10... 15 % сажи. В саже не содержится каких-либо особых компонентов и состоит она, в основном, из несгоревшего углерода. Для уменьшения образования сажи в процессе горения рекомендуют добавлять окислители. Таким способом можно до 90 % снизить образование сажи.

  Процесс сжигания нефти оказывает некоторое  влияние на окружающую среду. Летучие  органические вещества начинают испаряться сразу же после разлива нефти. Сжигание нефти снижает количество выделяющихся в воздух веществ, и около выжженных участков разлива наблюдается более низкий уровень содержания ряда летучих веществ, чем около невыжженных. Например, полиароматические углеводороды при сжигании подвержены разрушению.

  Дым рассеивается быстро, и его микрочастицы оказывают небольшое влияние на окружающую среду. Испытания показали, что предельно допустимая концентрация по количеству и размерам загрязняющих частиц в воздухе соблюдается уже на расстоянии 500 м по направлению ветра. Нагревания воды при сжигании слоя нефти не происходит, если глубина воды превышает 200 мм. Пробы воды под сожженной нефтью не содержат больше составляющих, чем обычно имеется в воде под не-сожженными слоями [8].

  Наиболее  приемлем метод сжигания нефти в  районах Крайнего Севера, где естественное разложение нефти почти не происходит. 

  3.4.2 Использование растворителей

  Для очистки воды предлагают различные  виды растворителей. Сущность способа  удаления нефтепродуктов с помощью  растворителей заключается в  экстракции углеводородов из водной фазы, содержащей нефтепродукты. В качестве экстрагента может быть использован, например, бензин газоконденсатного производства [10]. 

  3.4.3 Использование детергентов

  Физико-химические средства диспергирующего действия Устранение нефтяного загрязнения с поверхности водоемов с помощью диспергирующих средств - одно из физико-химических направлений ликвидации последствий разливов нефти [11]. В состав диспергирующих средств входят неионогенные оксиэтилированные ПАВ и растворители. Массовая доля растворителей в диспергирующих средствах колеблется в пределах 0,1...90 масс.% (в большинстве случаев 70...90 %). В качестве растворителей могут быть использованы:

  - вода;

  - спирты - этанол, изопропанол, метанол, 2-этилгексанол;

  - ароматические алкилзамещенные  углеводороды 

  - бензол, толуол, этилбензол, ксилол;

  - дизельное топливо и др.

  Предпочтительнее  использовать воду и низкомолекулярные  спирты, поскольку они малотоксичные. Помимо ПАВ и растворителей в состав диспергирующих средств вводят различные органические добавки в виде защитных коллоидов, высокомолекулярных загустителей и неорганических веществ.

  К недостаткам метода следует отнести  сам принцип - нефть остается в  водной среде. И хотя нефть, обработанная диспергирующим средством, быстрее, чем необработанная, подвержена биохимическому окислению и разложению, тем не менее, процесс разложения нефтепродуктов достаточно длительный.

  В зависимости от состава все диспергирующие средства можно подразделить на три  типа: масло-, водо- и масловодорастворимые.

    Плотность маслорастворимых диспергирующих  средств ниже плотности воды, вязкость не более 50 мм²/с. Реагенты пожароопасны. Оптимальной рекомендуют концентрацию, начиная с 3,5 % для тонких нефтяных пленок и легких нефтей и кончая неразбавленным состоянием для отдельных нефтяных пятен и тяжелых нефтей[6].

  В состав водорастворимых диспергирующих средств входят смеси ПАВ с большим содержанием гидрофильных компонентов. Для обеспечения адсорбционной прочности и, как следствие, устойчивости диспергированной нефтяной пленки в состав водорастворимых диспергирующих средств вводят добавку гидрофобных ПАВ, а в качестве сорастворителя используют небольшое количество малотоксичного, низкомолекулярного органического растворителя, например изопропилового спирта.

  Все водорастворимые реагенты более  разнообразны по своим физико-химическим свойствам, чем маслорастворимые. Вязкость диспергирующих средств может изменяться в широком диапазоне от 25 до 100 мм²/с, что обусловлено, по-видимому, содержанием активного вещества препарата. Однако при работе с водорартворимыми диспергирующими средствами вязкость товарных продуктов не имеет столь большого значения, как в случае маслорастворимых, так как для достижения оптимальной вязкости, водорастворимые средства разбавляют водой, тогда как маслорастворимые, как правило, не разбавляются. Реагенты рекомендуют использовать до 10% концентрации[7].

  Водорастворимые средства взрыво- и пожаробезопасны, температура вспышки обычно выше 100 °С.

  Масловодорастворимые  диспергирующие средства, в основном, представляют собой концентраты. Они являются наиболее эффективными диспергаторами нефти, и их можно использовать в любых ситуациях на море. Концентраты перед применением разбавляют водой или органическими растворителями до 10...15% концентрации. Использование этих препаратов приводит к образованию мелкодисперсных эмульсий нефти в воде с диаметром капель нефти меньше 1 мкм.

  Технологические рекомендации по применению ДН-75 при  локализации разлитой нефти и концентрирования нефтяной пленки на водной поверхности:

  - температура воды выше 0 °С;

  - волнение водной поверхности  до 2 баллов;

  - расход препарата 2...5 кг/км периметра  нефтяного загрязнения;

  - концентрация применения 10...20 %., Широкое  применение при ликвидации нефтяных разливов находят химические соединения - детергенты. К детергентам относят различные растворители и вещества, образующие эмульсию, которые химически воздействуют на молекулы углеводородных соединений и изменяют их поверхностное натяжение. Наибольшее количество детергентов соответствует алкилбензосульфонатам натрия, которые отличаются по длине углеродной цепи, связанной с бензольным кольцом. Эти вещества обладают тем преимуществом (например, перед порошковыми), что являются жидкими и могут быть разбрызганы на большой площади. Кроме того, они более экономичны, так как на одинаковых площадях требуют по объему меньше этого материала, чем порошкообразных связующих средств. Однако токсичность этих соединений для морских организмов часто выше, чем самой нефти, и широкое применение детергентов только усугубляет поражающее действие нефтяного загрязнения на гидробионты. Кроме этого, процесс эмульгирования разделяет нефть на мельчайшие капельки и тем самым способствует попадания ее в дыхательные пути водных организмов.

  Следует отметить, что не вся находящаяся  в море нефть подвергнута процессу эмульгирования, поскольку нефтяная эмульсия только временно является стойкой. Парадоксально, но нефтяные загрязнения привели к дополнительному сбросу в море высокотоксичных соединений, которые создают видимость ликвидации нефтяного загрязнений. Действительно, нефть эмульгируется  и рассеивается, но от этого меньше ее в море не становится [12] .

  Ввиду высокой токсичности применение большинства существующих детергентов недопустимо. В связи с этим в «Правилах ведения работ по очистке загрязненных акваторий портов» упоминают, что: «Для ликвидации разливов нефти в портах могут быть также в виде исключения допущены к применению химические рассеивающие препараты (диспергаторы). Применение диспергаторов в каждом отдельном случае должно быть разрешено контролирующими органами». Будущее за нетоксичными и легко подвергающимися разрушению химическими веществами, которые можно будет использовать как один из методов борьбы с нефтяным разливом.

  Известны  способы очистки поверхности  воды от нефтяных загрязнений путем предотвращения и сокращения площади растекания [13,14,15,16,17].

  В первом случае для увеличения кратности  сокращения площади нефтяного загрязнения предложен состав, содержащий ПАВ и носитель. В качестве ПАВ применяют мылонафт, а в качестве носителя - нефтяные кислоты при следующем соотношении компонентов, масс. %: нефтяные кислоты - 5...35, мылонафт - 65..95 [15]. Мылонафт может быть получен при воздействии серной кислотой на отходы, образующиеся при щелочной очистке нефтяных дистиллятов (керосиновых, соляровых, масляных), и состоит из нафтенатов натрия и органических продуктов (минерального масла). При неполном разложении нафтената получается асидол-мылонафт. Асидол-мылонафт является хорошим эмульгатором и обеспечивает стягивание поверхности нефтяного загрязнения.

  По  второму методу обработку растекшегося нефтяного пятна рекомендуют вести по его периметру сначала дисперсным магнитным материалом, а затем реагентом-собирателем. В качестве дисперсного магнитного материала рекомендуют использование коллоидного раствора магнетита в керосине, а в качестве реагента-собирателя - водный раствор смеси оксиэтилированных жирных спиртов фракций С₁₀…С₁₃, олеиновой кислоты и дизельного топлива в соотношении 5 : 1 : 4 - 6 : 1,5 : 2,5 [13].

  С использованием оксиэтилированных  жирных спиртов С₆…С₉ и С₁₀…С₂₀ и таллового масла разработан состав, препятствующий растеканию пленки нефти на поверхности воды и увеличивающий ее толщину [14]. За счет этого облегчают сбор нефти с поверхности водоема. Реагент в виде порошка производят на основе полиизобутилена - эластичного компонента в системе производства некоторых жевательных резинок - предназначен для увеличения эффективности сборопролитой нефти при применении различных механических устройств.