I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

АВАРИЙНЫЕ РАЗЛИВЫ НЕФТИ. КАК С НИМИ БОРОТЬСЯ?

• Авторы
• Файлы работы
• Наградные документы

Салищев И.А. 1

---

1Средняя общеобразовательная школа №14 г.Кемерово

Работа в формате PDF

259.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьника

Введение 3

Основная часть 5

Применение боновых заграждений при ликвидации разливов нефти 5

Применение диспергентов для обработки нефтяных разливов 5

Применение скиммеров при ликвидации разливов нефти 6

Применение сорбентов при ликвидации разливов нефти 6

Экспериментальная часть 8

Опыт №1. Определение скорости сбора нефти в пресной и соленой воде 8

Опыт №2. Изучение способности удерживать нефть различных сорбирующих материалов 8

Заключение 10

Список литературы 11

В настоящее время состояние экологии – наиболее актуальная проблема. Часто происходящие аварии, связанные с утечкой нефти и нефтепродуктов, наносят непоправимый ущерб окружающей среде [1]. Попав в водоем, нефть образует на поверхности воды пленку толщиной до 2 мм. В течение последующих 2-5 суток пленка постепенно расплывается и стремится достигнуть толщины 10-100 мкм, что приводит к обострению экологической проблемы. Также часть нефтепродуктов способна растворяться в воде, а тяжелые компоненты образуют с окружающей водой эмульсию. Ликвидация последствий разливов нефти и нефтепродуктов, восстановление земель и переработка отходов является важнейшей частью борьбы за улучшение экологии.

Существует множество методов сбора нефти с поверхности воды, обладающих разной степенью сложности, стоимости и эффективности. Разделение нефти и воды при помощи центробежных сил, фильтрация, адсорбция, механический сбор благодаря вязкости нефти. У всех методов есть свои недостатки. Например, при фильтрации фильтры не подлежат регенерации, они получаются одноразовыми, в море на место разлива их нужно везти большой запас. Если оптимизировать фильтрацию при помощи насосов, необходимо тратить на этот процесс больше энергии. В любом случае, чем меньше площадь поверхности пятна, тем легче его устранить. Метод с распылением специальных реагентов, уменьшающих поверхностное натяжение, позволяет концентрировать разлившиеся пятна парафиновой нефти. Однако, самые лучшие из известных химических сорбентов на сегодня – это химически стабильные, не биоразлагаемые вещества, которые остаются в экосистеме океана годами. Разработка дружественного к экологии материала в качестве альтернативы сегодняшним полимерам на основе силикона для сбора нефти является актуальной задачей, несмотря на многочисленные исследования ученых всего мира в этой обрасти.

Цель настоящей работы заключается в ознакомлении со способами ликвидации разливов нефти и сравнительная оценка различных нефтесорбирующих материалов.

В ходе работы следует решить следующие задачи:

• ознакомиться со способами ликвидации разливов нефти на суше и в море;

• выявить преимущества и недостатки сорбентов, применяемых для ликвидации разливов нефти;

• исследовать способность поглощать нефть различных сорбирующих материалов;

• определить эффективность сбора нефти в пресной и соленой воде.

Личный вклад автора заключается в поиске информации, посвященной современным методам локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, с целью выявления наиболее безопасных для экологии материалов, применяемых в качестве сорбентов для сбора нефти. В работе была исследована способность поглощать нефть различных доступных сорбирующих материалов. Основываясь на полученных результатах, был предложен способ очистки химической посуды и рук от нефтепродуктов.

Для локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов существуют различные методы.

Боны представляют собой плавающие заграждения, предназначенные для выполнения следующих функций:

• Сдерживание и локализация нефти: окружение плавающей нефти для предотвращения ее распространения по водной поверхности и повышение толщины ее слоя для облегчения сбора;

• Изменение направления движения: перенаправление нефти в соответствующий пункт сбора на береговой линии для ее последующего устранения, например, с помощью автоцистерн с вакуумным насосом, и пр.;

• Защита: отведение нефти от важных экологически уязвимых участков, таких как входы в гавань, водозаборные сооружения охлаждающей воды для электростанций, объекты морского фермерства и заповедные зоны.

Существует большое количество бонов различных размеров и конструкций из различных материалов, применяемых в разных ситуациях и условиях окружающей среды. Эффективность использования боновых заграждений зависит от природных условий, таких как сильные течения, приливы-отливы, ветер, волны. Поэтому в некоторых обстоятельствах применение бона может быть нецелесообразным [2].

Главная цель применения диспергентов состоит в фрагментации нефтяного пятна на множество мелких капелек, которые быстро распространяются в водной толще и затем подвергаются переработке под действием природных микроорганизмов. При правильном использовании диспергенты составляют эффективное средство борьбы с разливами нефти и снижают или предотвращают нанесение вреда важным природным ресурсам и в некоторых случаях могут быть экономически и экологически эффективны.

Эффективность диспергентов ограничивается некоторыми условиями, наиболее важными из них являются морские условия и свойства нефти [3].

Основным методом, признаваемым многими органами власти, является механическое устранение нефти с морской поверхности. Обычно это делается с помощью бонов для сосредоточения разлитой нефти и создания возможности для скиммера избирательно собирать нефть и перекачивать ее в накопительные баки. Имеется множество разновидностей скиммеров, конструкции которых оптимизированы для различных масштабных операций, типов нефтепродуктов и условий окружающей среды [4].

Сорбенты могут представлять собой важный ресурс при реагировании на разливы нефти и позволяют собирать нефть в ситуациях, когда она не может быть собрана другими способами. Несмотря на широкое их распространение, при ликвидации разливов сорбенты должны применяться с осторожностью для сокращения их нецелесообразного и чрезмерного расходования, чтобы не создавать новых проблем, связанных со сбором, хранением и утилизацией отходов [5].

Как правило, сорбенты наиболее эффективны на заключительных стадиях очистки береговой линии и для удаления небольших луж нефти. Применение сыпучих материалов создает дополнительные проблемы, связанные с дальнейшей регенерацией и утилизацией загрязненного нефтепродуктами сорбента, который становится вторичным источником загрязнения среды.

Материалы, которые могут использоваться в качестве сорбентов, очень разнообразны. Из органических природных материалов можно назвать такие как кора, торф, опилки, солома, перо, шерсть. Примерами неорганических материалов являются вермикулит, пемза. Полипропилен и другие полимеры представляют собой синтетические материалы. Синтетические сорбенты являются более эффективными для сбора нефти. Но, несмотря на ограниченную способность поглощать нефть, органические и неорганические природные материалы могут быть более целесообразными к использованию, так как они часто в изобилии имеются в природной среде и могут быть дешевыми.

В зависимости от состава и предназначения существуют сорбенты в различных формах. В основном они могут быть подразделены на четыре вида:

• рассыпной несвязный сорбент, часто в форме отдельных частиц;

• сорбент, заключенный в сетчатый материал в форме подушек или бонов;

• сплошной сорбент в форме матов, листов, бонов или рулонов;

• сорбент в виде разрыхленных волокон, объединенных в форме петли, трала.

В таблице 1 представлена сравнительная оценка применяемых адсорбентов.

Таблица 1 - Преимущества и недостатки применяемых видов сорбентов

Лидером в области создания нефтепоглощающих материалов является Япония, на ее долю приходится около 30 % предложенных композиций. Но, несмотря на многочисленные исследования ученых всего мира, создание дружественного к экологии материала в качестве альтернативы сегодняшним высокоэффективным полимерам для сбора нефти является актуальной задачей.

Для проведения опыта были взяты две стеклянные емкости одинакового размера с крепко закручивающимися крышками. В каждую емкость налили ¾ стакана воды. Во вторую емкость добавили 4 ст. ложки соли и перемешали до полного растворения соли. Затем в каждую емкость влили по ¼ стакана нефти и слегка потрясли обе емкости. Емкости поставили на стол и засекли время полного сбора нефти на поверхности.

Наблюдения. Нефть в обеих емкостях начинает собираться на поверхности воды. В емкости с соленой водой процесс разделения прошел быстрее, чем в емкости с пресной водой.

Для проведения опыта были взяты стеклянные стаканчики одинакового размера. В каждый стаканчик налили одинаковое количество воды и затем на поверхность воды осторожно влили с помощью шприца по 10 мл нефти. Нефть во всех стаканчиках полностью растеклась на поверхности воды. Была измерена толщина нефтяной пленки. В каждый стаканчик на поверхность нефти аккуратно поместили один из сорбентов и выдержали одинаковое количество времени. Площадь поверхности соприкосновения сорбента во всех случаях была одинаковой. По истечении времени сорбент был удален, а в стаканчике вновь была измерена толщина нефтяной пленки.

Наблюдения. Эксперимент показал, что из предложенных природных сорбирующих материалов наиболее эффективным оказался торф. На рис. 1-6 показан ход проведения опыта с использованием различных сорбентов. Результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Сравнение различных сорбирующих материалов

Для мытья грязных рук от нефтепродуктов рекомендуется использовать специальные средства. Однако ими мы не запаслись, и после проведенных нами опытов очень трудно было отмыть химическую посуду и испачканные руки. На помощь нам пришла идея, основанная на полученных результатах нашего эксперимента. Мы разработали свое средство «Нефтяной Мойдодыр». Для него смешали набухший торф, немного соли и жидкое мыло. Частицы торфа играют двойную роль, они сорбируют нефть и являются абразивным веществом. Полученной пастой обработали загрязненную нефтью поверхность химической посуды и руки, а затем легко смыли все остатки водой (рис.7).

Рисунок 7 – Результаты использования предложенной пасты для очистки посуды от нефти.

Основные выводы по работе:

• Я узнал, что при ликвидации разливов нефти в море и на суше применяют различные способы: использование диспергентов, скиммеров, заградительных бонов, сорбирующих материалов.

• Сорбенты следует использовать в тех случаях, когда собрать нефть другими способами достаточно сложно, а именно, на заключительных стадиях очистки и для удаления небольших луж нефти.

• Лучше применять природные сорбирующие материалы: кору, торф, солому, шерсть, пемзу и др., благодаря их большому присутствию в окружающей среде и способностью к биоразложению.

• Была изучена способность удерживать нефть различных сорбирующих материалов: губка для мытья посуды из полиуретана, бамбуковая ткань, кошачья шерсть, опилки с парафином, торфяные садовые таблетки, полиэтилен.

• Из предложенных сорбирующих материалов наиболее эффективным оказался торф. За 1 минуту с помощью торфа была собрана вся нефть с поверхности воды. Далее идут губка для мытья посуды и кошачья шерсть.

• Опытным путем было показано, что в соленой воде собрать нефть можно быстрее, чем в пресной.

• Основываясь на полученных результатах, был предложен способ получения пасты для очистки химической посуды и рук от нефтепродуктов с использованием торфа.

1. Что такое нефть? Волцит П.‑ М.: АСТ, 2015.- 47 с.

2. Применение боновых заграждений при ликвидации разливов нефти [Электронный ресурс].‑ URL: http://www.itopf.com/uploads/translated/TIP_3_2011_RU_Use_of_booms_in_oil_pollution_response.pdf. – Загл. с экрана.

3. Применение диспергентов для обработки нефтяных разливов [Электронный ресурс].‑ URL: http://www.itopf.com/uploads/translated/TIP_4_2011_RU_Use_of_dispersants_to_treat_oil_spills.pdf. – Загл. с экрана.

4. Применение скиммеров при ликвидации разливов нефти [Электронный ресурс].‑ URL: http://www.itopf.com/uploads/translated/TIP_5_2012_RU_Use_of_skimmers_in_oil_pollution_response.pdf – Загл. с экрана.

5. Применение сорбентов при ликвидации разливов нефти [Электронный ресурс].‑ URL: http://www.itopf.com/uploads/translated/TIP_8_2012_RU_Use_of_sorbent_materials_in_oil_spill_response.pdf. – Загл. с экрана.