Расписание

5. Физико-химические методы ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на водных обьектах

            К физико-химическим методам и способам ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов относят методы основанные на следующих процессах: коагулиции, флокуляции, адсорбции, абсорбции, ионного обмена, сжигании, экстракции, подача сжа-того воздуха (барбатаж), коалесценции, адгезии, флотации и другими физическо-химическими процессами и основанными на их принципе устройствами.
            Сущность процессов коагуляции, адсорбции, абсорбции, флотации, коалесценции, флокуляции, ионного обмена, экстракции, растворения изложены в п. 2.
            Адгезия – сцепление приведенных в контакт разнородных твердых и жидких тел, обусловленное межмолекулярным взаимодействием или химической связью. Адгезион-ные материалы используются в различных нефтесборных устройствах. К таким материа-лам относятся алюминиевые сплавы и некоторые виды пластмасс.
            Процессы ионного обмена используются при очистке нефтесодержащих сточных вод от металлов и радиоактивных веществ. Процессы ионообменной очистки сточных вод производят на ионообменных установках с применением природных и синтетических ио-нитов [8].
            Коалесценция – самопроизвольное слияние капель или пузырьков нефтепродуктов в эмульсиях или пенах. Коалесценция применима к эмульсиям механического происхож-дения при отсутствии химических стабилизаторов.
            Это свойство используется в коалесцентных фильтрах, реакторах при очистке неф-тезагрязненных сточных вод. В качестве коалесцирующих используют различные олео-фильные материалы – кордные волокна автопокрышек диаметром 10-20 мкм, собственно нефть слоем не менее 1 м и др. [22].
            Сепарация нефтесодержащих сточных вод с разделением твердой и жидкой фа-зы выполняется на решетках, в песколовках, гидроциклонах, нефтеловушках, отстойниках и фильтрах [10]. Сепарация нефтесодержащих вод на нефть и воду выполняется под дей-ствием гравитационно – инерционных или гравитационно – центробежных сил с приме-нением различных конструкций стационарных и мобильных сепараторов.
            Сжигание – экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессирую-щего самоускорения.
            Сжигание остатков разлитого нефтепродукта допускается как исключение - при невозможности сбора нефтепродуктов другими способами. По экспериментальным дан-ным до 50 % разлитой нефти не сгорает и при соприкосновении с взвешенными частица-ми оседают на дно и создают условия для вторичного загрязнения при всплывании. Сжи-гание нефти на воде имеет ряд особенностей, связанные, во-первых, с плохой испаряемо-стью нефтепродуктов, во-вторых, пленка нефти имеет низкую температуру, что затрудня-ет воспламенение и сгорание. Чтобы устранить эти недостатки, принимают меры, которые позволяют сжигать нефть на плаву. В нефтяной слой добавляют специальный интенсифи-катор горения. Созданы специальные устройства – " плавающие печи" с насадками, впи-тывающими нефть. Для сжигания нефти применяют специальные кислородные шашки. Разработаны методы сжигания нефти ультразвуковой и лазерной техникой.
            В большинстве случаев разливов нефти на водной поверхности преимущества ме-тода контролируемого сжигания берут верх над определенными недостатками данного метода [24]. Сжигание требует минимальных материально – технических средств и явля-ется высокоэффективным методом быстрой и дешевой ликвидации больших объемов раз-литой нефти. Сжигание нефти по месту разлива может быть осуществлено внутри боново-го заграждения, которому придана специальная конфигурация. Может быть подвергнута сжиганию нефть, которая под действием ветра или течения локализована у каких – либо естественных или искусственных заграждений. Могут быть подвергнуты сожжению круп-ные пятна нелокализованных разливов, толщина нефтяной пленки которых достаточна для поддержания горения.             Разнообразие условий применения данного метода, включая возможности проведения работ в ночное время или в условиях ограниченной видимости, предоставляет персоналу, занятому на аварийных работах, широкий выбор средств и ме-тодов при минимально необходимых резервах. Одним из основных преимуществ является отсутствие необходимости в оборудовании для механического сбора, транспортировки и хранении собранной нефти и воды. Во время крупных разливов сжигание может осущест-вляться в качестве дополнительного мероприятия для извлечения небольшого количества остаточных материалов, плавающих на поверхности воды.
            Сжигание нефти не месте разлива  требует минимальной подготовки и опыта пер-сонала из-за использования простых и доступных правил перемещения боновых заграж-дений, а также и простоты воспламенения нефти, при которой весь персонал находится на безопасном расстоянии от зоны сжигания.             Сжигание может применяться там, где прочие методы ликвидации разливов будут малоэффективны (или неосуществимы), а также мо-жет осуществляться параллельно с другими методами ликвидации разливов после опреде-ления адекватного метода для конкретного участка или географического региона.
            Ветровые условия и состояние водной поверхности являются такими же ограничи-тельными факторами при осуществлении сжигания нефти по месту разлива, как и при осуществлении прочих традиционных методов локализации разливов. Для осуществления сжигания необходима определенная толщина нефтяной пленки, а также нефть не должна быть сильно эмульгированной. В результате, сжигание нефти осуществимо лишь в преде-лах определенного отрезка времени, от нескольких часов до одного – двух дней после разлива нефти на поверхности, и при таком состоянии водной поверхности, когда высота коротких ветровых волн не превышает трех футов (около одного метра). При сжигании нефти на месте разлива необходимо постоянно следить за соблюдением безопасного рас-стояния от всех прочих объектов и населенных пунктов, в направлении которых будет пе-ремещаться участок сжигаемой нефти или поднимающийся столб дыма.             Организаторам и аварийному персоналу необходимо помнить об указанных ограничениях данного метода, что позволит заблаговременно разработать рекомендации и правила оперативного и эф-фективного проведения сжигания нефти на месте разлива.
            Считается, что поднимающееся в небо черное облако дыма является одним из наи-более негативных факторов метода сжигания разливов. Однако, как показывают исследо-вания, эти выбросы (представленные как твердыми, так и газообразными компонентами) оказывают незначительное воздействие на атмосферу, даже если предположить возмож-ность ежедневного сжигания крупных разливов.
            Решение данного вопроса зависит от предпочтений населения региона, который может пострадать при потенциальных разливах нефти. Решение об использовании какой-либо методики ликвидации должно быть принято еще до разлива, учитывая все преиму-щества и недостатки кратковременного и локального воздействия при использовании од-ного метода и относительно долгосрочного и широкомасштабного воздействия при ис-пользовании других методов. Планирование сжигания нефти вместе с применением мето-дов механической очистки и диспергирующих химикатов должно производиться заблаго-временно, что позволит использовать оптимальный состав персонала и комплекс техниче-ских средств в первые же, наиболее важные часы после крупного разлива, определяющие успех операции.
            Подача сжатого воздуха (аэрирование воды) - используют для нагнетания возду-ха в слой воды через сеть горизонтальных или вертикальных труб.
Поток подаваемого в слой воды воздуха (при аэрировании может подаваться до-полнительный кислород) вызывает увеличение содержания кислорода в воде и тем самым усиливает химическое и биохимическое разложение нефти, усиливает испарение УВ с по-верхности воды, в особенности с низким молекулярным весом и высокой летучестью,
            Адгезия – сцепление приведенных в контакт разнородных конденсированных фаз, обусловленное межмолекулярным взаимодействием или химической связью. На принципе адгезии основано устройство различных
механизмов для очистки воды.
            Диспергирование - тонкое измельчение твердых тел в различных средах, приво-дящее к образованию дисперсных систем.
            Для повышения интенсивности эмульгирования нефтепродуктов в последнее время стали использовать различные поверхностно-активные вещества. Действие ПАВ заключа-ется в том, что эти вещества, обладая полярными свойствами, ориентируются на поверх-ности разделов и создают повышенное или пониженное поверхностное натяжение на гра-нице раздела вода - нефтепродукты. Известны ПАВ, которые снижают поверхностное на-тяжение на границе раздела во много раз, что обеспечивает наиболее легкое образование эмульсии. Поверхностно-активные вещества адсорбируются на поверхности раздела фаз и образуют в каждой эмульгированной капле защитный слой, который препятствует про-цессу слияния капель нефти, т. е. способствует повышению стойкости эмульсии и высо-кой дисперсности (рассеиванию нефтепродуктов в виде капель) смеси нефть - топливо. По составу и характерным особенностям диспергенты делятся на три типа.
            К первому типу относятся диспергенты, основанные на водных растворах, приме-няемых в составе синтетических моющих средств. Диспергенты этого типа хорошо рас-творяются в воде и могут использоваться в концентрированном виде и в растворах. Но эти вещества имеют низкую активность, что приводит к большим расходам их и усложняет процесс обработки нефтяных пятен. Применять их можно только с помощью специаль-ных установок, размещаемых на плавсредствах. Другим недостатком диспергентов этого типа является то, что они малоэффективны при обработке вязких и сильно испаряющихся нефтепродуктов.
            Ко второму типу диспергентов относятся вещества, хорошо растворимые в нефте-продуктах. Эти препараты обладают высокой активностью при диспергировании высоко-вязких и испаряющихся нефтепродуктов. Эффективность действия препарата увеличива-ется за счет того, что растворитель разбавляет нефть и снижает се вязкость, способствуя тем самым проникновению поверхностно-активных веществ и состав вязкой массы. Дис-пергент наносят на поверхность нефтяного пятна с борта плавучего средства [16].
            К третьему типу диспергентов относятся концентраты, состоящие из высокоэффек-тивных неионогенных поверхностно-активных веществ. Эти концентраты можно исполь-зовать для рассеивания любой нефти; они обладают высокой активностью. Диспергенты этого типа можно разбавлять в специальных растворителях. Применяют их как в концен-трированном виде, так и в водных растворах 10...15%-й концентрации.
            В настоящее время широкое применение нашли диспергенты второго и третьего ти-пов, как наиболее активные и дополняющие друг друга. В зависимости от условий обработ-ки и свойств собираемых нефтепродуктов используют тот или другой тип диспергатора.
            Выпускаемые в нашей стране диспергенты второго типа известны под марками ОМ-6, ЭПН-5 и ДН-75.
            К диспергентам третьего типа можно отнести: ВР110 WD фирмы «Бритиш Петро-леум», «Корексит 9527» фирмы «Эксон». Существуют и другие диспергенты, выпускаемые в Дании, Швеции, Японии и других странах.
            В настоящее время используют диспергенты, которые позволяют образовывать эмульсию из нефти и морской воды с размером капель около 1 мкм. Мелкие капли быст-рее биологически разлагаются, поэтому при ликвидации нефтяных разливов целесообраз-но получать мелкодисперсную эмульсию.
            С помощью поверхностно-активных веществ производится также сбор нефти за счет увеличения ими поверхностного натяжения на границе раздела вода-нефть, что способствует стягиванию пятна нефти (увеличивается толщина слоя и уменьшается площадь пятна);
            Структурообразование (отвердение) нефти или нефтепродуктов – образование связанной пространственной структуры в дисперсных системах и полимерах.
            Отвердение нефти или нефтепродуктов производятся с помощью поверхностно – активных веществ за счет увеличение ими поверхностного натяжения на границе раздела вода – нефть, что способствует стягиванию пятна нефти. Известны различные виды струк-турообразователей нефти – кремнезем с полимером, волокнистого хрома, отходов сульфат – целлюлозного производства и др. В России практическое применение получили отвер-дитель нефти СН – 5 и структурообразователь фирмы «Петровский мост». Из зарубежных препаратов известны вещества «Oil Cherder» фирмы «Шел», «Корексит ОС – 5» фирмы «Эксон» и др. [16].