книги / Техника и технологии локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

http: www.trans-contact.com http: www.tsselectro.ru http: www.vacmag.ru

http: www.vikoma.com http: www.wacker.ru

Hyman M. Numerical Methods for Tracking Inter­ face. Physica. 1984. V. 12D. P. 396-407.

Improved Mechanical Oil Spill Recovery Using an Optimized Geometry for the Skimmer Surface Brojeand V Keller A.A. // Environ. Sci. Technol. 2006. N 40.

In Situ Burning, an Issue of Special Reports Reviewing Oil Spill Countermeasures / L. Buist,

J.McCourt, S. Potter et al. // Pure Appl. Chem. 1999. V. 71. N. 1. P. 43-65

Jensen H. V Mechanical Recovery in Cold and

Ice-infested Waters Related to the ARCOP project // Paper at the 2004 Interspill Conf. Trondheim, 2004.

Jensen H. V., Mulhn J. MORICE — New Technol­ ogy for Mechanical Oil Recovery in Ice Infested Waters // Marine Pollution Bull. 2003. N 47 P. 453-469.

Johansen O. Environmental Protection and Man­ agement System for the Arctic. Simulation of Drift and Spreading of Oil in Oper Waters and Ice // SINTEF report in press. 2005.

Johansen O., Rye H, Cooper C. Deepspill-Filed Study of a Simulated oil and Gas Blowout in Deep Water // Spill Science & Technology Bull. 2003. V. 8, N 5-6. P. 433—443.

Koike T., Kako T. Numerical Simulation of Water Purification Process in the Closed Water Area // Kawasaki Steel Techn. Rept, 1996. N 33. P. 52-59.

Laperriere F., Whittaker H, Yanagisawa M. High Pressure Water Jet Testing for Oil Containment in Simulated Environmental Conditions // Proc. of the 10th Arctic Marine Oil Spill Program Technical Seminar. Environment Canada. Ontario, 1987.

Leahy J.G., Colwell R.R. Microbial Degradation of Hydrocarbons in the Environment Microbiological Reviews, American Society for Microbiology. 1990. P.305-315.

Lichte H.W., BreslinM.K. Performance Testing of Three Offshore Skimming Device. Mason & HangerSilas Com. Inc., 1998.

Margesin R.t Schinner F. Biodegradation and Bio­ remediation of Hydrocarbons in Extreme Environ­ ments // Mini-Review. Appl. Microb. Biotechn. 2001. V. 56. P. 650-663.

Mar Inc. OHMSETT Tests of Lori LSC-2 Skimmer Systems (CG-D-17-94). Groton, CT: USCG Research & Development Center, Nov. 1994.

Multilevel Biopreparations for Treatment of Spilled Oil in Baltic Sea / E.A. Srebnyak, D.V Khomiakova, I. V Botvinko et al. // Plenary rep. on the 28th Arctic and Marine Oil Spill Program (AMOP) Technical Seminar, June 7-9, Calgary (Alberta), Canada. 2005.

National Research Council Spills of Nonfloating Oils, Risk and Response. Washington, D.C.: National Academy Press, 1999.

National Spill Control School Oil Spill Response and Safety. Texas A&M University-Corpus Christi, 1998.

NashJ.H., Johnson M.G. Coherent, Plunging Water Jets for Oil Spill Control 1981 // Internat. Oil Spill Conf. Proc. 1981.

Navy US. Salvor s Handbook // Naval Sea Systems Command and JMS Publishing. 1990.

Navy US. Ship Salvage Manual (Oil Spill Responce) // JMS Publishing, Groton, CT. 1991. V. 6.

Navy US. Various manufacturers' specifications. 1990.

Neufeld R.J., ZajicJ.E., Gerson D.F. Cell Surface Measurements in Hydrocarbon and Carbohydrate Fermentations // Appl. Environ. Microbiol. 1980. V. 39, P.511-517.

Nordvik A.B., Sloan S. StohovicJ. Phase 3, Oil Containment Boom At-Sea Performance Tests. Tech­ nical Report Series 95-003. Marine Spill Response Corporation (MSRC), Research and Development

Oil Spill Response in Arctic Offshore Environments // Paper at the 2004 Interspill Conf. Trondheim, 2004.

Potter S.% McCourt J., Small R. Estimation of Towing Forces on Oil Spill Containment Booms // Proc. of the 22nd Arctic and Marine Oil Spill Program (AMOP) Technical Seminar. Ontario: Environment Canada, 1999.

Production of Biosurfactants from Pseudomonas aeruginosa PA l Isolated in Oil Environments /

L.Santa Anna, G. Sebastian, E. Menezes et al. // Braz. J. Chem. Eng. 2002. V. 19, N. 2. P. 301-307.

PROSCARAC. Prairie Regional Oil Spill Contain­ ment and Advisory Committee. Calgary, AB, Canada: Paul Wotherspoon & Associates Inc., 1992.

Rapp Р., Gabriel-Jurgens L. Degradation of Alkanes and Highly Chlorinated Benzenes, and Production of Biosurfactants, by a Psychrophilic Rhodococcus sp. and Genetic Characterization of its Chlorobenzene Dioxygenase. Microbiolog. 2003. V. 149. P. 2879-2890.

Rosenberg M, GutnickD., Rosenberg E. Adherence of Bacteria to Hydrocarbons: a Simple Method for Measuring Cell-surface Hydrophobicity // FEMS Microbiol. Lett. 1980. V. 9. P. 29-33.

RytkonenJSassiJ., Mykkanen E. Recent Oil Recovery Test Trials with Ice in Finland // Proc. of the 26th Arctic and Marine Oil Spill Program (AMOP) Technical Seminar. June 10-12, 2003. Victoria (British Columbia), Canada, 2003.

Schulze R. Oil Spill Response, Performance Review of Skimmers. Manual Series, MNL34, American Society for Testing and Materials. 1998.

Stabilization of Oil-water Emulsions by Hydrophobic Bacteria / L.S. Dorobantu, A.K.C. Yeung, J.M. Foght, M.R. Gray // Appl. Environ. Microbiol. 2004. P. 6333-6336.

Star-CD. Computational Dynamics Limited. Star-CD V3100A User’s Manual. England. 1999.

Stale of the Art Report on Weathering and on the Effectiveness of Response Alternatives / K.-U. Evers, H.V. Jensen, J.M. Resby et al. // SINTEF Rep. 2004. N STF66 A04065.

Status of the Program for Mechanical Oil Recov­ ery in Ice Infested Waters (MORICE). Phase 2 — Laboratory Evaluations / B.O. Johannes sen, H. Jensen. T. Lorenzo, L. Solsberg // Proc. of the 21st Arctic and Marine Oil Spill Program (AMOP) Technical Seminar. Environment Canada. Ottawa, ON, 1998. P. 375-385.

Streeter V.L., Wylie E.B. Fluid Mechanics. 6th ed., N. Y.: McGraw-Hill, 1975.

Study of Large Oil Recovery System for Use Under Rough Sea Weather Conditions / S. Akahoshi, S. Ono, T. Iwasaki, E. Kobayashi // Proc. of the 3rd Research and Development Forum on High-Density

Oil Spill Response; Internat. Maritime Organization,. L., 2002.

Swannell /?., Lee K., McDonagh M. Field Evalua­ tions of Marine Oil Spill Bioremediation. M icro­ biological reviews, 1996. P. 342-365.

TakizawaAKoshizukaS., KondoS. Generali-zation of Physical Component Boundary Fitted Coordinate (PCBFC) Method for the Analysis of Free-Surface Flow // Int. J. numer. Methods Fluids. 1992. V. 15. P. 1213-1237.

Telford A.S., QuamH.A. Oil Recovery from Under River Ice. 1979 Internat. Oil Spill Conf. Esso Resources Canada, Ltd, 1979.

Texas Boom Company, Inc. Tideboom Series (Shorebarrier). Houston, TX, 1997.

The Encyclopedia of Oceanography / Ed. Rhodes W. Fairbridge Reinhold Publishing Corp. N. Y., 1966.632 p.

UbbinkO. Numerical Prediction of two Fluid Systems with Sharp Interfaces / Dep. of Mechanical Engineering Imperial College of Science, Technology and Medicine. L. England. 1997.

U.S. EPA District 10 Oil and Hazardous Substances Response Manual. CD-ROM Seattle, WA, 2000.

VenosaA.D., ZhuX. Biodegradation of Crude Oil Contaminating Marine Shorelines and Freshwater Wetlands // Spill Science & Techn. Bull. 2003. V. 8, N 2. P. 163-178.

Weather Windows for Oil Spill Countermeasures for Prince William Sound Regional Citizens’ Advisory Council (PWSRCAC). Anchorage, Alaska by Merv Fingas Environmental Technology Centre Environment Canada, 2004.

Williams R.E., Cooke T.S. Feasibility of Using a Bubble Barrier for the Containment / Incineration of Spilled Oil // Proc. of the 8th Arctic Marine Oil Spill Program Technical Seminar. Environment Canada. Ontario, 1985. P. 214.

ZoBell C.E. Action of Microorganisms on Hydro­ carbons. Bacteriol. Rev. 1946. V. 10. P. 1-49.

После того как разлив нефти и нефтепродуктов на грунт локализован, приступают к ликвидации разлива. При этом необходимо учитывать форму, в которой нефть и нефтепродукты содержатся

впочве:

•в пористой среде — в парообразном и жидком легкоподвижном состоянии, в свободной или рас­ творенной водной или водно-эмульсионной фазе;

•в пористой среде и трещинах — в свободном

неподвижном состоянии (играют роль вязкого

итвердого цементирующего агента между частицами

иагрегатами почвы), в сорбированном или связан­ ном (на частицах горной породы или почвы, в том числе гумусовой составляющей почв) состояниях;

•в поверхностном слое почвы или грунта —

ввиде плотной органоминеральной массы.

Почвы считаются загрязненными нефтью и нефте­ продуктами, если их концентрация достигает уровня, при котором наблюдаются следующие процессы:

•угнетение или деградация растительного покрова;

•уменьшение продуктивности сельскохозяй­ ственных земель;

•нарушение природного равновесия в почвенном биоценозе;

•вытеснение одним-двумя видами бурно про­ израстающей растительности остальных видов, ингибирование деятельности почвенных микроор­ ганизмов и беспозвоночных животных, сокращение видового разнообразия и т. п.;

•вымывание нефти и нефтепродуктов из почв

вподземные или поверхностные воды;

инефтепродуктов в некарбонатном (органическом) углероде почв.

Классификация почв по степени их загрязнения (ГОСТ 17.4.3.06-86):

•сильнозагрязненные (превышение ПДК в несколько раз, существенные изменения физико­ механических и биологических характеристик);

•среднезагрязенные (превышение ПДК без видимых изменений состава почв);

•слабозагрязненные (содержание химических веществ не превышает ПДК, но выше естествен­ ного фона).

Уровни загрязнения (по РД 39-00147105-006-97):

•умеренное загрязнение (может быть ликвиди­ ровано путем активации процессов самоочищения агротехническими приемами);

•сильное загрязнение (может быть ликвидиро­ вано пугем проведения специальных мероприятий).

Технологии ликвидации разливов нефти и нефте­ продуктов на грунт классифицируются как in situ

иex situ. На рис. 5.1 представлены данные но методам обезвреживания грунтов, используемым в этих технологиях при ликвидации разливов нефти

инефтепродуктов в США в 1983-1997 гг.

Технология ex situ используется для обработки загрязненной почвы, предварительно удаленной с поверхности выделенного участка земли (см. гл. 6). Применение такой технологии требует экскавации почвы и ее транспортировки на подготовленные полигоны. Следует иметь в виду, что экскавация

грунта в ряде случаев может вызвать изменение морфологической структуры обрабатываемого участка и нарушение течения как поверхностных, так и подземных вод. Кроме того, во время транспор­ тировки загрязненных материалов персонал, при­ влеченный к этой работе, может быть подвержен воздействию загрязняющих веществ.

Тем не менее изоляция и обработка загрязнен­ ных материалов вне участка позволяют применять более сложные приемы обработки, которые могут быть более эффективными и быстродействующими, а также более безопасными для грунтовых вод, животного и растительного мира, местных жителей.

Технология in situ применяется непосредственно на месте загрязнения, что является ее преиму­ ществом перед технологией ex situ (рис. 5.2). Недостатком является гетерогенная природа суб­ страта участков восстановления как с геологической точки зрения, так и с точки зрения распространения загрязнения.

Выбирают и применяют технологию in situ или ex situ только на основании полученных данных:

•о качестве обрабатываемой поверхности почвы;

•географическом расположении участка раз­ лива по отношению к близлежащим зонам особой значимости;

•гидрометеорологических и экологических особенностях района.

Особое внимание обращают на область распро­ странения нефтяного загрязнения и преференциаль­ ные потоки воздуха, месторасположение природо­ охранных объектов по отношению к возможным источникам загрязнения.

Наибольшее распространение получили следую­ щие методы:

•биологические;

•физико-химические;

•термические;

•комбинированные.

Биологические методы. Биологическая обра­ ботка — это процесс, посредством которого загряз­ няющие вещества, попавшие в почву (а также шламы и пр.), разлагаются или трансформируются в безвредные субстанции, такие как диоксид угле­ рода, вода, жирные кислоты и биомасса.

Преимущества методов:

• очищение большой гаммы органических веществ;

•широкая область применения;

•достижение низкого остаточного содержания загрязняющих веществ;

•низкая стоимость ликвидации разливов нефти

инефтепродуктов по сравнению с другими методами. Недостатки методов:

•невозможность применения для ликвидации неорганических веществ;

•низкая скорость ликвидации разлива;

•требовательность к характеристикам места применения и необходимость использования на всей территории разлива.

Биологические методы in situ:

•фиторемедиация;

•биоремедиация;

•биовентилирование;

•естественное разложение.

Биоремедиация является наиболее выгодным методом обезвреживания грунтов с экономической и экологической точек зрения (рис. 5.3).

Физико-химические методы. Ф и з и ч е с к и е методы характеризуются процессом массового переноса загрязняющих веществ, х и м и ч е с к и е — изменением химической структуры загрязняющих веществ в результате химических реакций. При этом уменьшается токсичность загрязняющих веществ и улучшается их выведение из почвы.

Ф и з и к о - х и м и ч е с к и е методы представляют собой комбинацию химической и физической обработки.

Преимущества ф и з и ч е с к и х методов:

•большая скорость ликвидации разлива;

•возможность обработки достаточно большого спектра загрязняющих веществ;

•небольшая стоимость ликвидации разлива.

Недостатки ф и з и ч е с к и х методов:

•очень часто происходит простое перемешивание,

ане удаление загрязняющих веществ;

•большое остаточное содержание загрязняющих веществ, что требует дополнительной обработки биологическим методом;

•требовательность к условиям места примене­ ния и типам почв.

Преимущества х и м и ч е с к и х методов:

•достаточно большая скорость обработки места разлива;

•возможность обработки большого спектра загрязнителей.

3 — замена почвы; 4 — промывка почвы; 5 —термическая десорбция; 6 — биоремедиация

Рис. 5.4. Стоимость методов очистки при средней концентрации нефтепродуктов в грунтах 15 %: 1 —биоремедиация; 2 —химическая экстракция;

3 —термическая обработка

5.2.1. Фиторемедиацня

Метод основан на посеве стойких к нефтяным загрязнениям и активизирующих почвенную микро­ флору растений. Такие растения способствуют про­ цессам разложения, стабилизации или устранения загрязняющих веществ из почвы.

Данная технология применяется в основном на окончательной стадии рекультивации загряз­ ненных почв. При этом органические загрязняю­ щие вещества могут модифицироваться в области корневой системы растений, а также в черенках или листьях.

Преимущества метода:

•дешевизна;

•не требует сложного технического обслужи­ вания.

Недостатки метода:

•корни растений способны эффективно очищать почву только на определенной глубине;

•от остатков растений необходимо избавляться как от вредных отходов;

•очистка сильно загрязненных почв может быть слишком долгосрочной. Ввиду этого эконо­ мически целесообразнее использовать данный метод для восстановления почв с низкой концен­ трацией загрязняющих веществ.

После снижения нефтезагрязнения почв до уровня, когда на них спонтанно появляется расти­ тельность, рекомендуется проведение фитомелио­ ративных работ с использованием нефтестойких растений. Это такие травы, как лисохвост короткоостный, частуха подорожниковая, рогоз широко­ листный, хвощ лесной, осока, ситник жабий и дру­ гие растения, произрастающие в конкретных регио­ нах. Наиболее перспективны следующие:

1)злаки — ежа сборная, полевица белая, тимо­ феевка луговая, лисохвост короткоостный, овся­ ница луговая, овсяница красная, кострец безостый, кострец прямой, бекмания восточная, волоснец сибирский, мятлик высокогорный (для полярной тундры), луговик северный (для песчаной и каме­ нистой почвы);

2) бобовые — люпин многолетний, лядвенец рогатый, клевер шведский, клевер луговой, клевер ползучий, люцерна, эспарцет;

3) дикорастущие виды местной флоры — пырей ползучий, вейник наземный, канареечник тростнико­ видный, частуха подорожниковая, рогоз широко­

листный, хвощ лесной, осока, ситник жабий;

4)сорные растения — щавель конский, марь белая, сурепка обыкновенная, лебеда копьевидная, клоповник сорный, щирица обыкновенная;

5)древесные растения — береза, осина, сосна, тополь, ива, кедр.

Обычно на 1 га загрязненной почвы требуется до 150-200 кг семян нефтестойких растений. Луч­ шим агротехническим приемом при выращивании многолетних трав на загрязненных УВ почвах сле­ дует считать применение торфа или навоза в ком­ плексе с полным минеральным удобрением. Хорошие результаты при фитомелиорации дает укладывание на загрязненные почвы дернин мхов (обычно сфагнума или кукушкина льна) размером (10-20) х (10-20) см.

Первоначально фитомелиорация как метод очистки почв была разработана для устранения загрязнений тяжелыми металлами. Было обнару­ жено, что некоторые виды растений способны не

только выдерживать наличие, но и поглощать и накапливать в десятки и сотни тысяч раз больше ионов свинца, ртути, цинка или других токсичных металлов, чем остальные.

Это открытие позволило найти простое реше­ ние — теперь для очистки почвы необходимо всегонавсего засеять ее нужным видом растения, а в конце сезона собрать «урожай» тяжелых металлов и вывезти для захоронения. Интересным развитием этого метода стало предложение добывать драго­ ценные металлы из почвы, т. к. некоторые расте­ ния, в частности обыкновенная капуста, оказались способными накапливать их в себе в повышенных количествах, «добывая» из земли все ионы золота, серебра и платины, к которым имела доступ их корневая система.

Выделяют четыре основных механизма очистки загрязнений с помощью растений (рис. 5.6):

•фитостабилизация,

•фитодеградация,

•фитоиспарение,

•ризодеградация.

Фитостабилизация представляет собой накоп­ ление, или иммобилизацию, растением загрязняю­ щих веществ из почвы или грунтовых вод. При этом возможны различные механизмы протекания процессов — абсорбция загрязнителей корнями и накопление их в растении, адсорбция загрязни­ телей в прикорневой зоне (ризосфере) и (или) их осаждение там. К сожалению, из всех изучавшихся

Листья растения испаряют воду, тем самым выполняя функцию насоса, выкачивающего из почвы при помощи корней воду с растворенными в ней веществами. УВ, из которых состоит нефть, абсорбируются на поверхности корней (что снижает подвижность и токсичность нефти), погло­ щаются ими, поступают в надземные части растений, где разрушаются (деградируют), накапливаются или испаряются в атмосферу.

Растения находятся в тесном взаимодействии с микроорганизмами, заселяющими почву. Расти­ тельный организм в ходе фотосинтеза аккумули­ рует солнечную энергию в углеводах (сахарах). От 10 до 20 % всей запасенной в процессе фотосинтеза энергии тратится растением на синтез и выделение веществ (сахаров, спиртов, органических кислот) в прикорневую зону, что способствует развитию микроорганизмов. Поэтому непосредственно рядом с поверхностью корней в 1 см3 содержится около 130 млрд микроорганизмов, а на расстоянии 10 см их насчитывается около 20 млрд. Важнейшим механизмом фиторемедиации почвы является биодеградация УВ нефти микроорганизмами, чье развитие стимулируется выделениями корней.

Технология фиторемедиации почвы, загрязнен­ ной нефтью, достаточно проста в применении, но требует высококвалифицированных специалистов. Она складывается из нескольких этапов:

1.Оценка характера загрязнения участка (хими­ ческого состава разлива, степени проникновения нефти в почву, особенностей местности).

2.Разработка оптимальной схемы фитореме­ диации (подбор видового состава растений, которые оптимальным образом подходят для устранения данного типа загрязнения и соответствуют данным почвенно-климатическим условиям; определение схемы посадки; выбор необходимых агротехниче­ ских мероприятий, в том числе оптимизация пита­ ния и химическая защита растений).

3.Выращивание растений (проведение ком­ плекса агротехнических мероприятий, в том числе подготовка семенного материала, подготовка почвы, внесение минеральных удобрений, использование средств защиты).

4.Мониторинг участка (определение концентра­ ции и распространения химических компонентов нефти, отслеживание путей биодеградации нефти, проведение информационного анализа и прогно­ зирования). В частности, необходимо тщательно

отслеживать близость загрязнения к месторождению нефти, для того чтобы исключить вероятность попа­ дания туда микроорганизмов, разлагающих нефть.

5.2.2. Биодеградация

Биологическая очистка, как правило, основана на смешивании органических отходов с доступом воздуха. Целью перемешивания является активи­ зация микроорганизмов, использующих органиче­ ские вещества в пищу и таким образом разла­ гающих их. Данный процесс постоянно совершен­ ствуется путем создания более технологичного оборудования и увеличения спектра разлагаемых загрязняющих веществ.

Методы микробиодеградации основаны на деструкции загрязнителей различными видами микроорганизмов. Эффект достигается за счет активизации аборигенной микрофлоры или внесе­ ния в грунт определенных культур микроорганиз­ мов, а также за счет применения всевозможных комплексных препаратов и методов.

Методы активизации аборигенной микро­ флоры. Методы направлены на создание опти­ мальной среды для развития определенных групп микроорганизмов, которые способны разлагать УВ. Эти методы могут быть использованы везде, где естественный микробиоценоз сохранил жизне­ способность и достаточное видовое разнообразие. Очистка за счет активизации микрофлоры являет­ ся медленным, но очень эффективным методом.

Известны следующие способы активизации микрофлоры:

• механические: рыхление, частые вспашки, дискование, распашка загрязненных нефтью земель. Применяется также смешивание загрязненной почвы с чистой, после чего активизируется микро­ флора, и почва становится пригодной для выра­ щивания растений;

•поддержание оптимальной температуры (загрязненную почву зимой покрывают черной полиэтиленовой пленкой для повышения темпера­ туры, а летом — такой же пленкой, только про­ зрачной, для снижения испарения с поверхности);

•электрокинетический (за счет электрического тока обеспечивается миграция микроорганизмов, имеющих собственный заряд в загрязненной зоне, что гарантирует более быструю и равномерную очистку грунта);