6.12. Самоочищение водных объектов

Со временем под действием испарения летучих компонентов, растворения, эмульгирования, фотохимического и биохимического окисления, концентрация нефти в воде уменьшается. Скорость самоочищения водного объекта зависит от температуры. Окисляются и испаряются, в основном, легкие фракции. В зависимости от температуры за первые сутки по данным О. Миронова с поверхности воды испаряется до 80% бензина, 22% керосина и около 3% мазута. При температуре воды 22-27^о С за первые три дня испарения из пленки составляют 26 %, а при температуре 2-5^о С – 12 %. Присутствие в воде взвешенных частиц способствует созданию стойких эмульсий, содержащих около 20 % нефти и 80 % воды. Такие эмульсии называют "шоколадным муссом", часть нефти опускается на дно и образуют донные отложения.

В конечном итоге нефтепродукты в водоеме окисляются до СО₂ и Н₂О. Промежуточными продуктами окисления являются непредельные углеводороды, органические кислоты, кетоны, альдегиды и др. Эти вещества, как правило, более токсичны и также пагубно влияют на живые организмы. Скорость окисления зависит от температуры воды и кислородного режима. В северных реках с низкими температурами воды и коротким теплым периодом окисление идет значительно медленнее, чем в средних широтах и на юге. Полное окисление нефти в аэробных условиях продолжается не менее 100-150 дней, а в анаэробных значительно дольше. Таким образом, накопление загрязнений происходит значительно быстрее, чем их разложение.

6.13. Локализация и сбор нефти с водных поверхностей

Методы локализации и сбора делятся на механические, физико-химические и биологические.

Механические методы. Для ограничения растекания нефти используют боновые заграждения. Принцип действия его основан на создании механического барьера распространению нефтяной пленки. Боновое заграждение состоит из плавучей, экранирующей и балластовой частей. Поплавки могут быть прямоугольного, круглого сечения или в виде сплошных труб (1). Экранирующая часть представляет собой гибкую или жесткую пластину (2) присоединенную к плавучей части бона и нагруженную балластом (3).

Схема установки бонового заграждения определяется шириной реки или водоема. При ширине до 250-300 м применяют клиновидную схему под углом 20-40^о к направлению течения. Вода с нефтью движется к берегу, где течение меньше и нефть собрать легче. При ширине больше 300 м применяют оконтуривающую схему заграждения. После оконтуривания боновое заграждение вместе с нефтью либо прикрепляют к плавучему якорю, либо закрепляют неподвижно, и откачивают. Боновое заграждение используют при скорости течения до 1,2 м/с и высоте волны до 0,5 м.

Иногда для заграждения используют пневматический барьер. Для этого через перфорированную трубу, уложенную на дно водоема, подают воздух. Конусообразная завеса пузырьков образует выпуклый валик, который удерживает нефть от продвижения.

Сбор нефти с поверхности воды осуществляют нефтесборщиками (скиммерами) и сорбирующими материалами. Важное значение имеют скорость развертывания на месте разлива, транспортабельность (время доставки), надежность и степень очистки.

Механические устройства работают по принципу откачки наиболее толстых слоев нефти, вихревой воронки, вращающихся барабанов и дисков, ленточных конвейеров из полимерных ворсистых или пористых материалов.

Основными достоинствами механических средств являются отсутствие вредного влияния на экологию водного бассейна. Недостатками - длительное время доставки, ограничения применения из-за погодных условий, низкая степень очистки, необходимость больших емкостей для сливания водонефтяной смеси.

Физико-химические методы: сжигание, потопление с помощью сорбентов или коагулянтов, рассредоточение в толще воды для ускорения биологического разложения, применение препаратов собирающего, гелеобразующего действия и сбор сорбентами.

При сжигании нефти на поверхности воды очень трудно поддерживать температуру горения. Поэтому для поддержания горения используют напалм. Но в этом случае продукты горения загрязняют атмосферу.

Наиболее широко применяются сорбционные методы. Сорбенты могут быть потопляющими и плавающими.

Для потопления нефти используют каолин, доломит, асбест, кварцевый песок, гидрофобизированную золу, цемент, мел, серу, шамот, пемзу и др. Но при этом загрязнения переносятся с поверхности на дно, поражая флору и фауну. Кроме того, существует опасность всплытия нефти.

Плавающими могут быть природные, искусственные и комбинированные сорбенты.

К природным относятся: торф, пемза, вермикулит, перлит, солома, сено и рисовая шелуха, шерсть, древесная кора, опилки, перья птицы, хлопковые отходы, отходы кожевенного производства. Природные сорбенты недороги, но многие обладают невысокой сорбционной емкости и не поддаются регенерации, поэтому их приходится утилизировать.

Сорбенты можно классифицировать по технологии получения, нефтеемкости, фракционному составу, времени контакта, эффективности и степени очистки, способу утилизации и регенерации.

Показатель нефтеемкости - способность сорбента поглощать нефть на единицу массы (М_неф./М_сорб.), обратным показателем является удельный расход сорбента (М_сорб./М_неф.).

По нефтеемкости сорбенты делятся на:

- низкой емкости - до 5 г_н/г_с ;

- средней - от 5 до 10 г_н/г_с

- высокой - от 10 до 20 г_н/г_с ;

- очень высокой - более 20 г_н/г_с.

По времени контакта сорбенты делятся на:

- быстросорбирующий - до 1 часа;

- среднесорбирующие - до 1 суток;

- медленно сорбирующие -  1 суток.

По степени очистки:

- высокой степени очистки -  99%;

- средней степени очистки - 95 -99 %;

- низкой степени очистки - до 95%.

По кратности использования сорбенты бывают однократного и многократного использования. Сорбенты однократного использования подлежат утилизации, а многократного - регенерации. Утилизация - сжигание или использование в качестве топлива. Регенерацию сорбентов проводят методами центрифугирования, отжима, термической обработки.

По сравнению с природными искусственные сорбенты имеют лучшие показатели. К искусственным относятся: керамзит, аглопирит, гранулированные шлаки, различные волокна, а также синтетические сорбенты: пенополиуретан, пенопласты на основе фенолформальдегидных, мочевиноформальдегидных, эпоксидных, перхлорвиниловых и других смол. Однако эти сорбенты трудно утилизировать. При их сжигании выделяются высоко токсичные вещества.

Как бы ни были совершенны механические и физико-химические способы очистки, но лишь биологические методы могут привести к полному очищению водоема. Суть методов заключается в окислительном (биохимическом) разложении углеводородов с помощью микроорганизмов усиливающих естественные биологические процессы самоочищения. Так, на основе аборигенного бактериального штамма "Pseudomonas putida - 36", ваыделенного из разливов нефти, в Тюмени разработан и широко применяется бактериальный препарат "Путидойл". Активность его существенно зависит от температуры. Так, при температуре 27^оС биохимическое разложение отмечается через 3 - суток, а при температурах 20, 10 и 5 ^оС соответственно через 10, 20 и 40 суток. Для более активного действия препарата желательно подавать воздух. Существуют и много других бакпрепаратов, использующихся для очистки водной поверхности – деваройл, деградойл, дестройл и др.

Биологи из Томска разработали метод очистки загрязнений дна с помощью червей — трубочников. Как выяснили ученые, благодаря тому, что эти животные мастерски рыхлят грунт, концентрация нефти в иле может снижаться более чем в три раза.

Контрольные вопросы

1.Чем опасна нефть, попавшая в водные объекты?

2. За счет каких процессов происходит самоочищение водных объектов?

3. Как проводят локализацию нефти после розлива?

4. Чем производится сбор нефти с водной поверхности?

5. Как действуют бакпрепараты?