Загрязнение водоемов. загрязн.водоемов. 1 Водоохранные мероприятия
 Скачать 67.76 Kb.
|
|
Введение Источниками загрязнения водоемов нефтью и нефтепродуктами являются предприятия нефтедобычи и транспорта нефти и нефтепродуктов, которые даже при проведении регламентных работ наносят урон окружающей среде, а аварийные ситуации могут приводить к многолетним экологическим катастрофам на значительных площадях, например, при авариях танкеров и нефтепроводов. Последствия, тяжесть и продолжительность разливов нефти и нефтепродуктов для рек и водоемов существенно различаются между собой, как и способы сбора и удаления нефти. В связи с этим существуют различные методы борьбы с нефтяными разливами и их последствиями для окружающей среды при попадании нефти и нефтепродуктов на воду. Очевидно, что нефть в окружающей среде быстро теряет свои первоначальные свойства, разделяется на группы углеводородов и фракции в разных миграционных формах, состав и химические свойства которых радикально изменились. Все перечисленное выше необходимо учитывать при осуществлении мероприятий по ликвидации нефтяного загрязнения на водных объектах и на суше. Современный арсенал методов и средств, имеющихся в распоряжении служб по борьбе с разливами нефти, весьма разнообразен и включает механические, химические и биологические средства, которые обычно дополняют друг друга. Разнообразие нефтяных загрязнений потребовало создания большого числа конструкций очистных средств и технологии очистки. Все разнотипные технические средства для борьбы с загрязнением водной поверхности можно классифицировать по принципу сбора нефти или мусора и по способу их перемещения. По способу перемещения эти специальные суда могут быть самоходными или буксируемыми. По способу крепления нефтесобирающие устройства этих судов могут быть навесными или переносными. 1 Водоохранные мероприятия Выделяют следующие виды водоохранных мероприятий: 1. Мероприятия, направленные на совершенствование самой технологии использования воды. Это сокращение потребления воды на единицу произведенной продукции, применение оборотного и повторно-последовательного водоснабжения, борьба с потерями воды на производстве и т.д. Оборотное водоснабжение – это относительно быстрое повторное поступление использованной воды в технологические циклы после ее очистки. При повторно-последовательном водоснабжении вся отработанная вода направляется для вторичного использования в другом производстве без промежуточной очистки. В США одна и та же вода в среднем используется девять раз перед сбросом. В Японии процент оборотного водоснабжения вырос до 74%. 2. Мероприятия по очистке сточных вод. 3. Мероприятия, осуществляемые непосредственно на водоемах. К ним относится очистка водной поверхности от нефтяной пленки и плавающих предметов, удаление загрязненного грунта, периодическая уборка макрофитов. В Великобритании разработан метод очистки воды от нефти с помощью специального вещества, которое почти не оказывает влияния на морскую фауну. Нефть, обработанная таким веществом, быстро коагулируется в комки, которые оседают на дно, смешиваются с илом и разлагаются бактериями. 4. Мероприятия, проводимые на водосборе. Это создание водоохранных зон и лесозащитных полос, проведение противоэрозионных мероприятий, строительство прудов, организация безопасной технологии складирования, использования минеральных удобрений, ядохимикатов и др. В водоохранную зону включается пойма реки, склоны надпойменной террасы, прибрежная овражно-балочная сеть. Минимальная ее ширина устанавливается в зависимости от длины реки. При расстоянии от истока реки до 10 км, ширина – 15м, 10-50 км – 100 м, 50-100 км – 200 м, > 100 км – 300 м. Ширина водоохранной зоны для озер и водохранилищ с площадью акватории до 2 км принимается в 300 м, с большей площадью – 500 м. Внутри водоохранной зоны выделяют прибрежную водоохранную полосу – это территория строгого ограничения хозяйственной деятельности. Она используется под сенокосы и для лесных полос. В водоохранной зоне запрещается содержание гаражей, складов, прудов-накопителей, размещение животноводческих комплексов и ферм, строительство новых предприятий, стоянок автомашин. Не разрешается размещать склады удобрений, ядохимикатов, свалки. Плавучая нефтяная пленка может захватывать громадные пространства. Установлено, что одна капля нефти образует на поверхности водоема пятно площадью примерно 0,25 м2, а одна тонна нефти покрывает площадь около 500 га поверхности водоема. Собрать или уничтожить нефть, разлитую по поверхности воды, весьма трудно, и инженерная мысль пока безуспешно ищет радикальные средства борьбы с этим бедствием. Пленка нефти препятствует так называемой аэрации, т. е. процессу поглощения водой кислорода из атмосферы. При постоянном расходе кислорода в водоеме прекращение аэрации может оказаться гибельным для живого мира водоема. Нефть и нефтепродукты относятся к числу трудноокисляемых микроорганизмами веществ, поэтому самоочищение водоемов, загрязненных нефтью, происходит на очень больших расстояниях по длине реки; иногда на протяжении 500—900 км от места загрязнения можно обнаружить следы углеводородов нефти 2 Методы ликвидации нефтяных загрязнений водных объектов В настоящее время применяют следующие методы ликвидации нефтяных загрязнений водных объектов: -механические; -физико-химические; -химические; -биологические. Механические методы удаления нефти К ним относятся различные методы сбора нефти с водной поверхности, начиная от ручного вычерпывания нефти до машинных комплексов нефтемусоросборщиков. Первоначально должно быть осуществлено концентрирование и ограждение находящейся на водной поверхности нефти при помощи плавающих бонов. Конструкция бонового заграждения состоит из плавучей, экранирующей и балластной частей (рисунок 2.1). Плавучая часть может быть выделена в виде отдельных поплавков (1) прямоугольного или круглого сечения. Экранирующая часть представляет собой гибкую или жесткую пластину (2), присоединенную к плавучей части бона и нагруженную для придания устойчивости балластной цепью, трубой или растяжками (3). Предлагается устраивать заграждение подводного типа в виде пневматического барьера, принцип работы которого заключается в создании препятствий на поверхности воды при непрерывной подаче воздуха через перфорированную трубу, уложенную на дно водоема под определенныи углом к направлению течения. В Канаде общество по борьбе с пролитой нефтью и служба охраны окружающей среды предложила испытать дивертор воздушных пузырьков, когда насосы и скорость течения делают невозможным испытание плавучих бонов. Дивертор представляет собой стальную оцинкованную трубу диаметром 6 см, перфорированную, состоит из звеньев. Собирается на берегу и укладывается с помощью лебедки на дно реки под углом 15-30o к течению.Через перфорацию компрессором подается сжатый воздух. За счет расположения дивертора под углом нефть клином направляется к берегу, где она может быть собрана ковшом.  Рисунок 2.1 – Конструкция бонового заграждение Максимальная длина 134м, якорь не требуется. Во ВНИИСПТнефти (ИПТЭР) разработан и испытан образец устройства для сбора нефти с поверхности воды при аварийных разливах на подводных переходах магистральных нефтепроводов через судоходные реки. Принцип работы – эффект вихревой воронки. Испытания на р.Белой показали, что производительность нефтесборщика по нефти зависит от толщины пленки плавающей нефти и при толщине 3,5 мм составляет 30 м3/ч. Чем больше толщина пленки, тем больше производительность. Один из запатентованных методов США предлагает использовать транспортер, установленный на плавучей платформе, нижняя часть движущейся ленты которого погружена в воду. При движении ленты через поверхность раздела вода – воздух нефть прилипает к ней и переносится вверх, где снимается с ленты специальным очистителем и переносится в накопитель. Для увеличения захвата нефти лента покрыта специальным волокнистым материалом. В бывшем СССР предложено устройство следующей конструкции: в конце длинной фермы с емкостями на концах для плавучести, установлен сепаратор. С помощью направляющих эхранов нефть подается к сепаратору, откуда загрязненная вода и нефть поступают в специальные емкости. Большое число методов и устройств предлагается для удаления нефти с больших акваторий (реки, моря). Зарубежные специалисты, например, французские, запатентовали устройство для обработки верхнего слоя жидкости, представляющей собой плоскодонное судно длиной 70 м, шириной 20 м, высотой 6 ми осадка – 4 м. В носовой части корпуса (на высоте воды) расположены отверстия для забора загрязненной нефтью воды, которая поступает в центральный отсек (внутри судна), где разделяется на нефть и воду. Производительность такого типа устройств высокая: 150 т/ч, существует и более высокая производительность – до 6000 м3/ч. Физико-химические методы удаления нефти К ним следует отнести, в первую очередь, применение адсорбирующих материалов: пенополиуретан, угольная пыль, резиновая крошка, древесные опилки, пемза, торф, торфяной мох и т.п. Губчатый материал из полиуретановой пены хорошо впитывает нефть и продолжает плавать после адсорбции. По расчетным данным 1 м3 полиуретанового пенопласта может адсорбировать с поверхности воды приблизительно 700 кг нефти. Адсорбенты органического и неорганического происхождения перед применением могут гранулироваться (порошкообразные) и пропитываться гидрофобизаторами. Технология применения заключается в распылении их на нефтяную пленку. Перспективно применение гранулированных адсорбентов и жидкостей, обладающих магнитными свойствами, которые после адсорбции нефти легко удаляются магнитом. Американская фирма разработала технологию применения для сбора нефти магнитной жидкостью, придающей нефти магнитные свойства и позволяющая убирать ее даже в виде тонких пленок. Но есть проблемы, так как подобные реагенты в основном токсичны. Кроме того, возникают трудности с равномерным рассеиванием гранул на загрязненной водной поверхности, особенно в ветреную погоду. Для удаления нефти возможно применение минерального сырья – в частности перлитового. При термообработке при 600-1000oС перлитовое сырье вспучивается. Для гидрофобизации на нем создается тонкая пленка парафинполимерной смеси. Нефтепоглощение: у необработанного перлита 0,52; после обработки – 0,64-0,7 г/г перлита. Попадая на поверхность воды, материал адсорбирует нефть и образует густую плотную массу, удобную для сбора обычными средствами (в том числе частыми траловыми сетями). Патент Канады предусматривает сбор разлитой по поверхности воды нефти с помощью диатомовой земли при соотношении объемов земли и нефти от 3:1 до 1:1. Образующийся глинообразный материал опускается на дно водоема. Смесь диатомной земли с сеном, соломой, торфом в сочетании с адсорбированной нефтью плавает на поверхности не меньше недели. Химические методы удаления разливов нефти Удаление нефти с помощью химических соединений – детергентов – нашло применение при разливах нефти на море. К детергентам относятся растворители и ПАВ, способствующие образованию эмульсий. Наибольшее число этих соединений относится к алкилбензолсульфонатамNa, которые отличаются по длине углеводородной цепи, связанной с бензольнымм кольцом. Следует отметить, что токсичность детергентов для морских организмов часто выше, чем самой нефти и поражающее действие нефтяного загрязнения на гидробионты может быть только усилено. Эстонские авторы предлагают испытать модифицированный термообработкой торф. Им наполняют пористые капроновые боны, что значительно упрощает технологию сбора и удаления нефтепродукта с поверхности воды. В Германии для связывания нефти в нефтевоздушные суспензии предлагают испытать высокодисперсную аморфную гидрофобную кремнекислоту – силикагель – сорбент для нефти. Микробиологическое разложение нефти Это перспективное направление предотвращения загрязнения водоемов нефтепродуктами. Для некоторых бактерий нефть является питательной средой. Микробиологическая активность в большей степени зависит от температуры: скорость микробиологических процессов удваивается при увеличении температуры на 10оС. На развитие микроорганизмов большое влияние оказывает содержание высоколетучих алифатических компонентов нефти. Введение в воду незначительных количеств нитратов и фосфатов увеличивает степень разрушения нефти на 70%. Число органических соединений, используемых микроорганизмами в качестве источников углерода очень велико. Можно считать, что для каждого углеводородного соединения, существующие микроорганизмы способны его разложить. Оценка степени загрязненности почв и методы их очистки разработаны гораздо слабее, чем для воды. Механическая очистка вод считается трудоемкой, связана со значительными экономическими затратами. По имеющимся, хотя и немногочисленным данным, перспективными могут оказаться микробиологические методы. Таким образом, существуют много методов и средств для ликвидаций нефтезагрязнения объектов природной среды. Но их выбор в каждом конкретном случае индивидуален в зависимости от природных и климатических условий. Остановимся на вопросе сбора плавающей нефти с поверхности шламового амбара и нейтрализации ее вредного воздействия на компоненты природной среды. Согласно выборочным обследованиям – количество плавающей нефти составляет от 50-60 кг до 10-12 т. Нефть поступает в шламовые амбары 1) с буровыми растворами, в которые специально вводится как противоприхватная добавка; 2) с БСВ – от обмыва штоков буровых насосов, мытья полов в дизельном блоке и т.д. В ряде случаев такая нефть содержит преимущественно легкие фракции углеводородов (Западная Сибирь), а в некоторых местах (Узбекнефть, Белоруснефть, Краснодарнефтегаз) она может быть представлена тяжелыми смолистыми фракциями. В Западной Сибири, Татарии, Башкирии и др. практикуют откачку такой плавающей нефти в действующий нефтепромысловый коллектор. Однако откачка нефти с высоким содержанием смолистых и гудроновых фракций не эффективна и большая часть ее остается в амбарах. Рассмотренные методы удаления нефти с водных поверхностей показали, что наиболее эффективными средствами являются физико-химическаясорбция и микробиологическое разложение. Эти методы наиболее перспективны для борьбы с нефтяными загрязнениями окружающей среды при строительстве скважин. Перспективным является совмещение в одном материале способности физико-химической сорбции нефти и ее биодеструкции под действием микробиологического фактора компонентов природной среды. Наиболее доступным и практичным целесообразно считать такой способ удаления нефтезагрязнения, при котором обеспечивается сбор плавающей нефти с помощью нефтесорбента и последующее захоронение такой массы непосредственно в шламовом амбаре или на специальных земельных участках с последующим ее биоразложением почвенными микроорганизмами. Для этого следует создать условия, которые обеспечат активизацию в почвенной среде природных нефтеокисляющих микроорганизмов. В первую очередь это (активизация) достигается путем создания в почве оптимального содержания биогенных элементов: N и P. Этим и обусловлен поиск биостимуляторов, входящих в состав нефтесорбентов. Главным требованием к материалам, сорбирующим углеводороды нефти, является наличие высокоразвитой пористой структуры с гидрофобной поверхностью. Таким требованиям в полной мере отвечают новые нефтесорбенты, полученные на основе продуктов пиролиза отходов древесины, в частности технической щепы, шпона, опилок мягких пород древесины. При пиролизе отходов такой древесины образуется порошок с размерами частиц 0,3-0.7 мм. Называется сорбент «Илокор». Сорбционная емкость 8-8,8 г/г сорбента. Удельная поверхность 2840-3660 м2/г. Плотность 0,82-0,87 г/см3. Материал экологически чистый, не оказывает отрицательного влияния на биологические объекты. Вторая модификация «Эколан». Ряд упомянутых проблем заставляют зарубежных и отечественных специалистов строить стратегию механического сбора нефти с привлечением абсорбентов различной природы. Однако, как показал практический опыт, обычные абсорбенты создают больше проблем, чем дают положительных результатов. При их использование на авариях абсорбенты обычно образуют много килограммовые конгломераты нефть-абсорбент, которые никаким механическим образом не собрать ни с воды, ни с почвы. Кроме того, обычные сорбенты, в случае если они на 100% не собираются механически (это обычно невозможно в условиях реальной аварии), имеют еще ряд негативных эффектов. Главные из них: а) консервация нефти в сорбенте (на порядок дольше существует нефть в сорбенте, чем без него) и б) негативный эффект самих сорбентов, полимерная основа которых часто вносит в природу дополнительный загрязнитель (целлюлоза, полиуритан и пр.). Ещё один важный эффект биосорбентов связан с активизацией природного самоочищения за счёт природных механизмов, которые без препарата ингибируются под действием разлитых нефтепродуктов. За счёт этого процесса разрушается до 30 % нефтепродуктов от общего количества 85-95 % нефти, выведенной из природной среды под действием биосорбентов. Как показало практическое применение, биосорбент значительно (на 50-60%) упрощает механический сбор нефти, если гидрологические и метеорологические условия для этого благоприятны. Обработка нефтяного пятна нашим препаратом блокирует его дальнейшее распространение (эффект физико-химических бонов), что позволяет собрать более 90 % этого загрязнителя, а не 50-60 %, как это удаётся в благоприятных гидрологических и метеорологических условиях. Таким образом, биосорбент может применяться как автономно, так и в сочетании с традиционными средствами механического сбора. Применение биосорбентов с помощью авиации открыло возможность начинать ликвидацию аварии при ветре до 25 м\сек, т.е. немедленно после разлива в штормовых условиях. Процесс биодеструкции нефти идёт также в донных отложениях и береговой зоне, в том числе и в анаэробных условиях. Это достигается за счёт введение в состав биосорбентов бактерий факультативных анаэробов. Заключение Нефтегазодобывающая отрасль – одна из самых экологически опасных отраслей хозяйствования. Она отличается большой землеемкостью, значительной загрязняющей способностью, высокой взрыво- и пожароопасностью промышленных объектов. Химические реагенты, применяемые при бурении скважин, добыче и подготовке нефти, а также добываемые углеводороды и примеси к ним являются вредными веществами для растительного и животного мира, а также для человека. Нефтегазодобычаопасна повышенной аварийностью работ, т.к. основные производственные процессы происходят под высоким давлением. Промысловое оборудование и трубопроводные системы работают в агрессивных средах. Природные воды являются одним из объектов нефтяного загрязнения и наряду с атмосферой и литосферой испытывают техногенное воздействие при разведке и добыче углеводородов. При этом, в первую очередь, происходит снижение качества вод в результате загрязнения нефтью, промысловыми стоками, химреагентами, буровыми растворами. Величина мировых потерь нефтепродуктов составляет по различным оценкам несколько сот миллионов тонн в год, из них около 20 % ежегодно попадает в Мировой океан. При поступлении углеводородов в природные воды увеличиваются концентрации органических веществ и высокотоксичных продуктов (фенолов, нафтенов). Одновременно снижается скорость газообмена между водной средой и атмосферой. Растворимость нефти в воде является определяющим свойством в процессе загрязнения гидросферы. Увеличение этого показателя отмечается в следующей последовательности: парафины - нафтены - олефины - ароматические вещества. Наивысшей растворимостью характеризуются более легкие нефтепродукты, Максимальное суммарное содержание растворенных ароматических углеводородов в воде может достигать 1,5 г/л. Одним из распространенных представителей полициклических ароматических углеводородов является бензпирен, обладающий сильным канцерогенным действием, предельно-допустимое количество (ПДК) которого в воде установлено в 0,05 мкг/л. Присутствие нефти и нефтепродуктов в природных водах, превышающее ПДК, как правило, сокращает или полностью исключает практическое использование последних. Существуют различные методы борьбы с загрязнением нефтью водоемов, но лучший способ – это не допускать попадания нефти и нефтепродуктов в водную среду. Библиография Демина Т.А.. Экология, природопользование, охрана окружающей среды. – М.: Аспект – Пресс, 2000. Панов Г.Е., Петряшин Л.Ф., Лысяный Г.Н. Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности – М: Недра, 1986. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология – М: Высшая школа,1988. Трифонова Т.А., Селиванова Н.В., Мищенко Н.В. Прикладная экология – М: Академический проект, 2005. Филин В.В. Охрана окружающей природной среды при добыче нефти. Учебное пособие – Нефтеюганск, 1997. |