Лекции / Л17 Нефтяные загрязнения

Нефтяные загрязнения

Попадая в воду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину.

Нефтяные пленки изменяют состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонким слоем сырой нефти составляет 10÷11% (280 нм), 60÷70% (400 нм). Пленки толщиной 30÷40 мкм полностью поглощают ИК излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую "нефть в воде" и обратную "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащей ПАВ. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переносится течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

Добыча в мире сейчас составляет примерно 3×1012 л ежегодно. Очищенные нефтяные продукты постоянно расходуются на удовлетворение более 60% мировых энергетических потребностей, поэтому практически невозможно применять продукты в таких количествах без некоторых потерь. Количество таких потерь (предусмотренных или случайных) постоянно растет, и загрязнение моря как сырой нефтью, так и продуктами ее переработки сейчас является предметом серьезного беспокойства.

Общая масса нефтяных углеводородов, попадающих ежегодно в океан, оценивается в 5÷10 млн. т

Основная доля загрязнений приходится на транспорт нефти. Обычные транспортные операции, а не несчастные случаи и катастрофы сопровождаются большей потерей нефти. При транспортных операциях происходит загрузка балласта, очистка танков (освобождение от балласта), погрузка и разгрузка нефти и нефтепродуктов. 51% потерь нефти при транспортировке приходится на загрузку балласта и очистку танков. После разгрузки пустые танки танкеров заполняют морской водой, которая служит

стабилизирующим балластом на обратном пути. Морская вода образует эмульсию с нефтепродуктами, оставшимися в танках. Содержащий нефтепродукты балласт сливается в море на небольшом расстоянии от порта назначения.

Реки и городские стоки дают примерно такой же вклад в загрязнения нефтью. Общее воздействие нефтепродуктов на морскую среду можно разделить на 5 категорий:

1)непосредственное отравление с летальным исходом

2)серьезные нарушения физиологической активности

3)эффект прямого обволакивания живого организма нефтепродуктами

4)болезненные изменения, вызванные внедрением углеводородов в организм

5)изменения в биологических особенностях среды обитания. Воздействие парафиновых углеводородов низкой молекулярной массы

(£С10) может вызвать наркотическое действие, но необходимые для этого концентрации крайне высоки и отсутствуют в нефтяных пятнах.

Основные закономерности поведения углеводородов в окружающей среде

Опасность углеводородов как загрязнителей окружающей среды обусловлена не только их биохимической активностью, но и чрезвычайной подвижностью жидких и газообразных углеводородов, способствующей их распространению далеко от источника загрязнений. Распространению углеводородов сопутствуют такие явления, как смачиваемость, растекание, сорбция, фильтрация через пористые среды, диффузия и т.п. Знание закономерностей поведения углеводородов необходимо для эффективной борьбы с углеводородными загрязнениями.

Растекание по поверхности воды Для анализа смачивания жидких поверхностей используют

коэффициент растекания S. Если S>0, происходит полное смачивание: капля

растекается по жидкой подложке, образуя в пределе мономолекулярную пленку. Если S<0 капля приобретает ненулевой краевой угол:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Рис.6. Интенсивность и продолжительность процессов при проливах нефтепродуктов в акваторию:

1- растекание; 2- дрейф; 3- испарение; 4- растворение; 5- диспергирование; 6- эмульгирование; 7- осаждение; 8- биоразложение; 9- фотоокисление.

Сырые нефтепродукты – многокомпонентная смесь; в первую очередь растекаются по поверхности воды компоненты с высоким значением S, затем, по уже образованной неводной подложке растекаются и остальные компоненты, даже те, у которых коэффициент растекания по воде имеет отрицательное значение. Коэффициент растекания снижается при

уменьшении полярности функциональной группы в ряду: -СООН> -OH > Br-> I- и т.д.

Таблица 9. Коэффициент растекания (S, мДж/м2) по воде при 20°С

Растворимые в воде ароматические углеводороды представляют наибольшую опасность. При содержании в воде 10–4÷10–2% ароматических углеводородов в течение нескольких часов наступает смерть взрослых морских организмов. Для икринок и мальков для гибели достаточно 10–5% ароматических углеводородов.

Растворенные углеводороды влияют на химические коммуникационные процессы, блокируя рецепторы организма или подавляя естественные стимулы.

Так, морской хищник находит свою добычу с помощью органических химических веществ, содержащихся в морской воде в количестве 10–7%. Подобная химическая природа привлечения и отталкивания играет важную роль при защите от хищников, локализации места обитания и для привлечения особей противоположного пола.

Эффекты покрытия и удушения являются основными вредными последствиями при загрязнении нефтепродуктами. Особенно уязвимы птицы. Когда внутреннее оперение птиц покрывается нефтью, нарушаются его изолирующие свойства. При попытке очистить перья птицы заглатывают загрязнения и гибнут. Если содержание углеводородов в воде даже меньше 10–7%, они все равно могут поглощаться организмами и накапливаться в различных тканях, тем более, что полициклические ароматические углеводороды являются канцерогенами. Поступившая в воду нефть образует

вначале на поверхности слой, при этом легкие углеводороды начинают испаряться. Постепенно нефть вовлекается в турбулентное движение вод, смешиваясь с ними и через некоторое время большая часть нефти сосредотачивается в водных массах. Содержание растворенных нефтепродуктов в воде может достигать 10 мг/л, между тем как ПДК нефтепродуктов в водоемах составляет 0.3 мг/л, а для рыбохозяйственных водоемов 0,05 мг/л.

Сначала в водный раствор переходят жирные, карбоновые и нафтеновые кислоты, а также фенолы и крезолы. Через несколько суток после поступления нефтепродуктов в воду в результате химического и биохимического разложения образуются другие растворимые соединения – окисленные углеводороды, токсичность которых значительно выше, чем у неокисленных углеводородов.

Интенсивность самоочищения вод от поступивших в них нефтепродуктов в значительной степени зависит от температуры: при 20÷25°С за 20 суток окисляется 50÷80% от общего количества поступившей в воду нефти, тогда как при 5°С окисляется лишь 10÷20%. Часть содержащейся в воде нефти и продуктов ее разложения сорбируется донными отложениями, причем наибольшей сорбционной способностью обладают глинистые илы.

При употреблении человеком в пищу рыб, креветок, устриц, водорослей, в организмах которых могут накапливаться наиболее опасные полициклические ароматические углеводороды, являющимися канцерогенами, возможны негативные (вплоть до летальных) последствия.

ЛАРН (ликвидация аварийных разливов нефти)

Мероприятия по очистке окружающей среды от загрязнений нефтепродуктами, в том числе после ее разливов, могут производится самыми различными способами.

На начальном этапе пятно локализуется во избежание растекания специальными заградительными установками - бонами.

Далее применяется один, а чаще последовательно серия из следующих методов (механический, термический, физико-химический и биологический).

На сегодня наиболее популярными являются три из них:

•механический – с помощью вакуумных установок, специальных нефтесборщиков, скиммеров и других механизмов производится удаление нефтепродуктов с любых поверхностей, а также ее отделение от воды;

•физико-химический – при таком способе очистки используются сорбенты – специальные материалы, способные поглощать нефть,

либо диспергенты - применяются для осаждения нефтяных пятен (плёнок) на поверхности воды и др. После выполнения задачи сорбенты, диспергенты с нефтью также собираются с помощью различных механизмов и приспособлений. Кроме того, при загрязнении почвы, используются различные растворы для ее промывки;

•биологический – нефть и ее побочные продукты разлагаются на более простые и неопасные составляющие с помощью специально выведенных штаммов бактерий. После проведения очистки бактерии, как и продукты разложения, собираются с поверхности. Биологическая технология эффективна после применения механического и физикохимического методов при толщине пленки не менее 0,1 мм.

После проведения очистки любым из этих способов собранная нефть,

еепродукты или более простые элементы, вместе с прочими химикатами и биологическими организмами, транспортируются в специальных емкостях в бункеры хранения или утилизации.

Наглядные видео-ролики и подробный документ по ЛАРН см. на портале по теме Нефтяные загрязнения.