Методы очистки вод при разливах нефти

     С биологической точки зрения только первая группа методов, предполагающая сбор и удаление нефти с поверхности  с последующей ее 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. 

     2.2.3 Физико-химические методы ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов 

     2.2.3.1 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. Разновидностью способа удаления нефтепродуктов с использованием растворителя является метод «омагничивания» нефтепродуктов непосредственно на поверхности водной фазы путем распыления на нефтепродукт магнитной жидкости с последующим сбором нефтепродукта электромагнитным устройством. В качестве магнитной жидкости предлагают использовать магнетитовые жидкости на основе керосина с олеиновой кислотой в качестве ПАВ. В качестве магнетита используют материалы, полученные из железосодержащих промышленных отходов. 

     2.2.3.2 Использование детергентов 

     Устранение  нефтяного загрязнения с поверхности водоемов с помощью диспергирующих средств – одно из физико-химических направлений ликвидации последствий аварийных разливов нефти. В состав диспергирующих средств (ДС) входят неионогенные оксиэтилированные ПАВ и растворители. Массовая доля растворителей в диспергирующих средствах колеблется в пределах 0,1…90%. В качестве растворителей могут быть использованы:

     - воды;

     - 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 малотоксичны. Помимо ПАВ и растворителей, в  состав ДС 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 ДС, быстрее, чем необработанная, подвержена биохимическому окислению и разложению, тем не менее процесс разложения нефтепродуктов достаточно длительный.

     Диспергирующие  вещества должны удовлетворять следующим  условиям:

     - ускорять процессы естественного  разложения нефти за счет перевода  пленки нефти в капельно-диспергированное  состояние;

     - быть эффективными для обработки тонких пленок нефти на водной поверхности;

     - интенсифицировать диспергирование  нефтяной пленки на капли при  механическом перемешивании с  образованием стойкой прямой  эмульсии нефти в воде;

     - рассевать нефтяное загрязнение  на возможно большой площади;

     - обладать моющим действием и очищать от нефтяного загрязнения почву, растительность и др.;

     - ДС должны быть технологичными  и равномерно наноситься на  всю площадь обрабатываемой водной  поверхности с использованием  технических средств распыления  жидкостей;

     - нефтяная пленка после обработки  диспергентом не должна загрязнять  берег и сооружения.

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

     2.2.3.3 Использование сорбентов 

     Для локализации разливов нефти и  нефтепродуктов обосновано применение и различных порошкообразных, тканевых или боновых сорбирующих материалов. Сорбенты при взаимодействии с водной поверхностью начинают немедленно впитывать  нефть и нефтепродукты. Максимальное насыщение достигается в период первых десяти секунд (если нефтепродукты имеют среднюю плотность), после чего образуются комья материала, насыщенного нефтью. 

     2.3. Биоремедиация 

     Процесс биологического разложения нефти необходимо рассматривать с двух позиций. Первая – самоочищение водных акваторий от нефтяных загрязнений производится с помощью естественной биологической микрофлоры, находящейся в данной акватории. Вторая – биологическое разложение нефти на водных поверхностях осуществляется искусственно культивированной микробиологической культурой. Данный метод, как метод очистки от нефтезагрязнений, используется редко, поскольку для биоразложения нефти необходимы длительное время и повышенная температура.

     Наиболее  эффективно разложение нефти и нефтепродуктов происходит в первый день их взаимодействия с микроорганизмами. При температуре воды 15-25˚С и достаточной насыщенности кислородом микроорганизмы могут окислять нефть и нефтепродукты со скоростью до 2 г/м² водной поверхности в день. Однако при низких температурах бактериальное окисление происходит медленно, и нефтепродукты могут оставаться в водоемах длительное время – до 50 лет.

     Наряду  с бактериями важную роль в трансформации  нефтяного загрязнения играют простейшие, например, инфузории. Поскольку окисление нефти бактериями, находящимися в естественной морской среде, происходит на границе нефть – морская вода, со временем вокруг нефтяных капель образуется пленка из отмерших микробов, которая препятствует дальнейшему окислению нефти. Инфузории, используя бактерии в качестве питательной среды, разрушают пленку и способствуют лучшему контакту нефти с морской водой, при этом они сами могут заглатывать мельчайшие капельки нефти, однако неизвестно, перерабатывается ли она ферментными системами этих организмов.

     Большое значение в процессе удаления из морской  воды различных веществ имеют  организмы-фильтраторы. В качестве таких организмов выступают двухстворчатые моллюски.

     По  имеющимся данным, мидии влияют на плотность и прозрачность воды. Они  обладают высокой фильтрационной способностью. По расчетам, мидиевое поселение северо-западной части Черного моря способно профильтровать за сутки 134 км³ воды. Мидии способствуют также уменьшению нефтяного запаха в воде и снижают ее окисляемость при концентрации нефти, не препятствующей их нормальной фильтрации. После мидий нефть выходит в связанном виде с продуктами выделения, что в некоторой степени исключают вторичное загрязнение морской среды.   

     2.4. Средства, используемые для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов 

     2.4.1 Боновые заграждения 

     К наиболее простым методам борьбы с загрязнением водной поверхности  нефтепродуктами относится способ локализации разлива с помощью  плавучих боновых заграждений. Конструкции и способы осуществления заграждения (локализации) разлива нефти могут быть самыми разнообразными. При таком способе нефть находится внутри локализованного участка и не растекается по всей поверхности водоема.

     В настоящее время отечественной  и зарубежной промышленностью для  локализации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов выпускается свыше 200 разновидностей боновых заграждений. Такое многообразие нефтеудерживающих бонов вызвано различием технологических задач, решаемых с использованием данного оборудования, а также ландшафтными и климатическими условиями их применения. Выпускаемые промышленностью боны различаются формой, внутренним устройством, конструкционными материалами, размерами, техническими параметрами и технологическим назначением, ценой.

     Из  всего многообразия боновых заграждений  можно выделить пять основных типов бон: ленточные, щитовые, трубчатые, многотрубчатые и сложнотрубчатые боны.

     Ленточные боны отличаются наличием ровной, плоской по всей длине заграждения, нефтеулавливающей поверхности с грузами в ее нижней части и поплавками, крепящимися односторонне к ее верхней части. В водоемах образуют ровную, жесткую по всей длине нефтеудерживающую поверхность. Состоят из секций длиной от 5 до 30 метров. Нефтеудерживающие секции состоят из нефтеулавливающих пластин, выполненных из высокопрочных полимерных материалов (полиэтилена, полихлорвинила, полиуретана и др.). Общая высота секций может варьироваться от 300 до 1000 мм.

     Щитовые боны имеют множество поплавков квадратной (прямоугольной) формы, расположенных вертикально относительно поверхности воды, с расположенными между ними мягкими межпоплавковыми пространствами. Это позволяет формировать из них заграждения любого вида и формы, компактно складывающихся на воде и суше.

     Секционные  боны имеют замкнутую оболочку, в  жестком (металл, полиэтилен и др.) или  мягком (полиэфирная ткань, дублированная ПВХ; нейлоновая ткань, дублированная полиуретаном и др.) исполнении. Поплавковые камеры жестких бонов заполнены воздухом и имеют газоспускные клапаны. В мягких боновых заграждениях поплавки квадратной или прямоугольной формы заполнены вспененным материалом (пенопласт, полиэтилен, фиброгласс и др.).

     Балласт выполнен из оцинкованных или оксидированных цепей.

     Используют  в замкнуты, защищенных от ветра  и волн акваториях портов и нефтеналивных  терминалов.

     Трубчатые боны имеют объемные, расположенные горизантально относительно поверхности воды поплавковые камеры, в сечении имеющие форму круга, прямоугольника, ромба. Боны данного типа образуют нефтеудерживающий барьер с повышенной устойчивостью в потоке к волновому и ветровому воздействию.

     По  своим прочностным параметрам эти  боны мало отличаются от щитовых боновых  заграждений. У трубчатых бонов  прочность на разрыв составляет от 11,7 до 245 кН, устойчивость в потоке –  до 0,5…1,7 м/с. Высокая эффективность  их эксплуатации достигается даже при скорости ветра до 5…15 м/с и волнении водной поверхности до 3 баллов.

     Трубчатые боны рекомендуют к применению в  открытых акваториях рек, водохранилищ, озер и морей, для использования  их в качестве удерживающих. Возможно также использование их и в качестве концентрирующих и берегозащитных.

     Многотрубчатые  боны отличаются тем, что нижняя часть секций у них выполнена в виде одной или двух мягких пустотелых секций, заполняемых при эксплуатации водой. Вследствие этого боны получили название «гидробалластные».

     Для бонов данного класса характерна мягкая оболочка, выполненная из полимерно- (резино-) тканевых материалов, образующих две (три) еамкры. Верхние камеры, являющиеся поплавковыми, заполняют воздухом через  клапан или имеют постоянную плавучесть вследствие их заполнения легким вспененным материалом, а нижние, гидробалластные, камеры заполняют водой через гидроклапан.

     Технологической особенностью данного класса бонов  является их повышенная устойчивость к воздействию волн и ветра. Эффективное  применение многотрубчатых бонов возможно при волнении водной поверхности до 5 баллов и скорости ветра до 25м/с при их сравнительно небольшом весе, составляющем 1,1…5,4 кг/м³.

     Данная  группа боновых заграждений является земноводной, т.е. может быть использована как в условиях открытых акваторий, так и прибрежной полосы водоемов, болот и суши. 

     2.4.2 Метод прямой откачки  насосным оборудованием 

     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.

     Самые простые аппараты для сбора нефти  основаны на использовании плавающих  емкостей, один из бортиков которых  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.

     Устройства  с плавающими насосами могут сочетаться с пороговыми устройствами, 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, гидроциклонов, основан на разделение 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 используют для первичного разделения фаз с последующей доочисткой воды.