2.Литературный обзор

2.1.Загрязнение вод нефтепродуктами

На сегодняшний день загрязнения вод нефтью и нефтепродуктами достигло колоссальных размеров и требует должного внимания, поскольку является продуктом техногенного происхождения. Другими словами нефть и нефтепродукты-это своего рода яд, участвующий в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, тем самом ухудшая органолептические показатели воды.

К нефтепродуктамобычно относят различные углеводородные фракции, получаемые из нефтей. Но в более широком смысле понятие «нефтепродукты» принято трактовать в двух значениях – техническом (бензины, керосины, дизельные топлива, котельные топлива, масла разнообразного назначения, мазуты). и аналитическом.(топлива, растворители и смазочные масла, кроме тяжелых смол и асфальтенов нефтей и битумов). Технические нефтепродукты – это товарные сырые нефти, прошедшие первичную подготовку на промысле, и продукты переработки нефти, используемые в различных видах хозяйственной деятельности: Основные компоненты этих нефтепродуктов – углеводороды и содержатся соединения с атомами S, N и О. К аналитические нефтепродуктам относят неполярные и малополярные соединения, растворимые в гексане. [1]

Нефтепродукты в сточных водах чаще всего находятся в трех основных состояниях: в молекулярно-растворенном, с крупностью частиц 10⁵>d>10⁷м; эмульгированном, с крупностью частиц 10³>d>10⁵ м; дисперсном, с крупностью частиц d>10³ м [2]. И растворимость нефтяных загрязнений в воде увеличивается следующим образом: алканы < циклоалканы < ароматические углеводороды, то есть с увеличением атома углерода.в молекуле. Поэтому при выборе метода извлечения нефтепродуктов необходимо учитывать их многокомпонентность и агрегативную устойчивость.[2]

Давно известно, что всего лишь 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды, а со сточными водами в окружающую среду попадает около 2500 т нефтепродуктов и объемы стоков увеличиваются, что происходит в результате сброса неочищенных нефтесодержащих сточных вод, неорганизованного отвода ливневых и талых вод с территории, содержащей различные масла и нефтепродукты. [3]

В крупных городах загрязнению способствует производственные стоки предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, металлургии, машиностроения, ливневые стоки, автомойки, автозаправочные станции, а так же свыше 75% нефтяных загрязнений попадают в гидросферу в следствии технологического несовершенства используемых технологий при нормальной работе и это лишь часть причин загрязнения.

2.2.Общие сведения о эмульсиях и их устойчивость

2.2.1 Типы и классификация эмульсии

Как известно, эмульсия - это дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости диаметром 0,1 – 100 мкм (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде). Так же эмульсии образованы двумя любыми несмешивающимися жидкостями; в большинстве случаев одной из фаз эмульсий является вода, а другой - вещество, состоящее из слабополярных молекул.

Выделяют несколько классификаций эмульсий:

- по агрегативной устойчивости ( микроэмульсии и макроэмульсии)

- по типу (прямые, обратные, бинепрерывные и множественные)

- по концентрации (разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные).

Микроэмульсии являются лиофильными дисперсными системами, термодинамические устойчивы и образуются самопроизвольно путем диспергирования массы жидкости до капель размером 10 – 50 нм, что обеспечивает большую кривизну на межфазной границце. В лиофильных коллоидах частицы дисперсной фазы интенсивно взаимодействуют с молекулами окружающей их жидкости, поскольку поверхность частиц сильно сольватирована и удельная свободная поверхностная энергия (поверхностное натяжение) на границе раздела фаз чрезвычайно мала, составляет менее 1 мДж/м2. Кроме того лиофильные коллоиды не разрушаются во времени при сохранении условий их возникновения. [4]

Большенство эмульсий имеют обсалютно противоположные характеристики и их относят к лиофобным системам (макроэмульсии). Макроэмульсии, в отличии от микроэмульсии, термодинамически неустойчивы, не могут образовываться самопроизвольно, существовать длительное время и нуждаются в стабилизации. Размер частиц в макроэмульсии на порядок выше и лежит в интервале 1-100 мкм. Величина межфазного натяжения на границе жидкость – жидкость составляет 10-20 мДж/м2

На рисунке 2.2.1. изображена эмульсии по типу образования:

-прямые эмульсии – дисперсионная среда более полярна, чем дисперсная фаза;

- обратные эмульсии – менее полярна дисперсионная среда;

- множественные – капли дисперсной среды содержат в своем объеме более мелкие капли дисперсионной среды;

- бинепрерывные эмульсии.

Рис. 2.2.1. Типы эмульсии

Когда происходит диспергирование двух несмешивающихся жидкостей. образуется эмульсия прямого или обратного типа. Для определения эмульсии было предложено[5] отношение меры способности системы к обращению фаз:

, (1)

где - время «жизни» капель масла в воде и- время «жизни» капель воды в масле.

При β>1 образуются эмульсии прямого типа (М/В), а при β<1, эмульсии типа В/М (β=0 на практике встречаются крайне редко).

Так же изменение соотношения объёмов фаз вызывает изменение концентрации эмульсии, то есть способность системы к образованию эмульсии типа М/В возрастает с повышением величины γ:

, (2)

где и– соответственно объёмы водной и масляной фаз.

И последняя классификация эмульсии по разбавленности делится на два типа: концентрированная (единицы и десятки) и высококонцентрированные ( объемная доля дисперсной фазы может достигать 99% и более).