XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование методов защиты окружающей среды от загрязнения нефтепродуктами

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Старостин М.А. 1Поляков Н.И. 1

---

1ГБОУ РО "КККК"

Григорьева Е.Г. 1

---

1ГБОУ РО "КККК"

Работа в формате PDF

190.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

1.Введение.

Актуальность исследования: Нефть и нефтепродукты занимают ведущую роль в современном мире, экономике. Нефть - это сырье для производства различных материалов, видов топлива. Нефтепродукты позволяют получать электроэнергию и тепло. Уровень развития страны и уровень жизни человека в стране определяются масштабами использования нефти. Очищенные нефтепродукты каждый день расходуются на удовлетворение более 60 % мировых энергетических потребностей. По объему и добыче нефти Россия занимает лидирующее положение в мире.

Проблема на которую направлено исследование: Начиная от разведки и добычи нефти до утилизации ее отходов, происходит загрязнение окружающей среды, что плохо воздействует на здоровье людей. Вредные вещества на всех этапах этих работ попадают в атмосферу, в воду, на сушу и в недра земли. Поэтому знание методов защиты окружающей среды от загрязнения нефтепродуктами является важным для сохранения жизни и здоровья народа, природной среды обитания.

Объект исследования: различные методы защиты окружающей среды от загрязнения нефтепродуктами.

Предмет исследования: изучение механических методов очистки загрязнённых нефтепродуктами объектов и их эффективности.

Цель исследования: снижение негативного воздействия нефтепродуктов на окружающую среду при загрязнении ими акваторий посредством использования механических способов их очистки непосредственно на месте их обнаружения.

Задачи исследования:

• Изучение механических методов  очистки загрязнённых нефтепродуктами объектов.

• Анализ результатов изучения механических методов очистки.

• Оценка эффективности механических методов очистки.

 Гипотеза исследования:  загрязнение окружающей среды нефтепродуктами - это экологическая катастрофа, являющаяся смертельной для многих живых организмов и сложнейшей по способу своего устранения; исследуемые нами методы защиты окружающей среды от загрязнения нефтепродуктами можно использовать для очищения акваторий.

Основные этапы работы:

1. Изучить источники и причины разливов нефтепродуктов.

2. Изучить примеры некоторых наиболее катастрофических разливов нефти.

3. Изучить современные способы очищения территорий и акваторий от разлитых нефтепродуктов.

4. Исследование некоторых физических методов защиты окружающей среды от загрязнения нефтепродуктами и сравнение их эффективности.

Методы исследования:

1. поиск и анализ литературы по теме исследования,

2. проведение экспериментальной части работы,

3. формулировка выводов исследования.

2.Современные способы очищения территорий и акваторий от разлитых нефтепродуктов.[5]

Механические методы.

• Боны – компактные надувные плавучие заграждения. Боновые заграждения изолируют нефтяное пятно, предотвращая его распространение. Эффективны в первые часы после разлива.

• Скиммеры  собирают нефть с поверхности воды. Производительность достигает 99% при толщине плёнки 1–3 мм. 

• Вакуумные насосы и экскаваторы удаляют крупные объёмы нефтепродуктов.

• Вывоз загрязнённого грунта с последующей переработкой или захоронением на полигонах. Метод эффективен при поверхностном загрязнении грунта. 

Химические методы.

Сорбенты (торф, пенополиуретан, полипропилен) впитывают нефть, образуя комья, которые удаляют механически. Синтетические сорбенты поглощают нефть в количестве, до 18 раз превышающем собственный вес. [1]

OILSORB — универсальный сорбент для бензина, дизеля, масел и мазута.

Диспергенты (ПАВ) разрушают плёнку на мелкие капли, ускоряя биоразложение.

Электрохимические методы (электролиз, электрофлотация) используют ток для разрушения углеводородов в почве. 

Термическое выжигание применяется при толщине слоя от 3 мм. Эффективно, но создаёт риск повторного возгорания и выброса канцерогенов. [3][4]

Биологические методы.

Биоремедиация — это способ очистки загрязнённых территорий с помощью природных организмов, которые расщепляют и нейтрализуют вредные вещества. В качестве таких организмов могут выступать растения, бактерии, грибы. внесение микроорганизмов (бактерий Pseudomonas, грибов) или активация местной микрофлоры.

Фитоэкстракция — использование растений (эйхорния, роголистник),

Например, роголистник тёмно-зелёный устойчив к дозе нефти 10 г/л воды, а нефть в дозе 1 г/л, наоборот, стимулирует рост растения. Роголистник относится к гидрофитам, которые выступают в роли биофильтров и очищают воду от нефтепродуктов. Применяется на заключительных этапах. [2]

Комбинированные технологии.

Магнитные сорбенты (на основе оксида железа) управляются внешним магнитным полем, что повышает эффективность сбора в условиях волнения. 

Ультразвуковая очистка вызывает кавитацию, ускоряя окисление углеводородов в почве. 

Пенобетон впитывает нефтепродукты при твердении. После затвердевания удаляется, оставляя чистый грунт. 

Использование пористых материалов. Их применяют в устройствах для очистки жидкостных и газовых потоков от загрязнений, в том числе нефтепродуктов. Пористые перегородки позволяют создавать эффективные малогабаритные фильтры, а также загружать их различными наполнителями. 

Сравнительная таблица методов очистки нефтяных загрязнений.

Биологические методы подходят для безопасной длительной очистки, эффективны, минимально воздействуют на окружающую среду. Химические реагенты - очищение происходит быстро, физические методы — имеют высокую стоимость очистки.

3. Исследование методов защиты окружающей среды от загрязнения нефтепродуктами. Исследование №1.

Исследование очистки воды от масла с помощь полиэтиленовой сетки и марли.

Цель работы — провести эксперимент, который позволяет выяснить, какой материал лучше очищает воду от отработанного моторного масла, и сравнить эффективность очищения с помощью полиэтиленовой сетки и марли.

Оборудование. Материалы для исследования: моторное масло, соленая вода, полиэтиленовая сетка, марля, мензурка, весы электронные, 2 емкости.

Ход исследования.

1. Приготавливаем раствор с солью. Вода чистая V_в=(1000±2)см³, m_в=(1000±1)г, масса соли m_c=(18±1)г

Соленость: на 1л воды 18г соли (Черное море). ρ_{раствор} = m /V= 1,018 г/см³

2. Возьмем моторное масло объемом V_м=(80±2)cм³ и взвесим его на электронных весах m_м=(69±1)г.

3.Взвесим на весах кусок полиэтиленовой сетки и марли

m_сет=(4±1) г, m_мар=(4±1)г.

4.Рассчитаем плотность моторного масла по формуле

Плотность = Масса/Объём , ρ_масло = m /V= 0,863г/см³

В этой формуле: ρ — плотность вещества (г/см³); m — масса вещества (г);

V — объём вещества (см³)

5. Добавим в каждую емкость с соленой водой по V_масло=(10±2) см³ моторного масла. Наблюдаем , что масло растекается по поверхности воды. Раскачиваем слегка емкость.

6. Проводим по поверхности воды с маслом в 1 емкости полиэтиленовой сеткой. Наблюдаем степень очищения. Поверхность очистилась.

7. Проводим по поверхности воды с маслом 2 емкости марлей. Наблюдаем степень очищения. Поверхность очистилась.

8.Вывод. Для того, чтобы собрать масло V_масло=(10±2)см³, нужно взять марлю или сетку массой по (4±1)г.

Исследование №2

Исследование очистки воды с помощью железных опилок и магнита.

Цель работы — провести эксперимент, который позволяет выяснить, как очистить воду от моторного масла с помощью железных опилок и магнита.

Оборудование. Материалы для исследования : моторное масло, соленая вода, железные опилки, магнит, полиэтиленовая сетка, мензурка, весы электронные, 1 емкость.

Ход исследования.

1.Приготавливаем водный раствор с солью. Вода чистая V_в=(1000±2)см³, m_в=(1000±1)г, масса соли m_c=(18±1)г

Соленость: на 1л воды 18г соли (Черное море). ρ_{раствор} = m /V= 1,018 г/см³

2.Взвесим на весах железные опилки m_ж=(2±1)г,

3. Добавим в емкость с соленой водой моторное масло V_масло=(10±2)см³ . Наблюдаем, что масло плавает на поверхности воды, не растекается, не растворяется. Раскачиваем слегка емкость.

4. Высыпаем равномерно на поверхность масла железные опилки. Надеваем полиэтиленовый пакет на магнит. Проведем магнитом по поверхности воды с маслом. Наблюдаем степень очищения. Поверхность почти полностью очистилась, остались отдельные небольшие пятна масла. Их полностью очищаем с помощью полиэтиленовой сетки. Масса сетки m_с=(2±1)г.

5. Вывод. Для того, чтобы собрать масло V_масло=(10±2)см³, нужно взять m_ж=(2±1)г железных опилок и полиэтиленовую сетку m_с=(2±1)г.

Исследование №3.

Исследование очистки воды от масла с помощь активированного угля и полиэтиленовой сетки.

Цель работы эксперимент, который позволяет выяснить, как очистить воду от моторного масла с помощь активированного угля и полиэтиленовой сетки.

Оборудование. Материалы для исследования : моторное масло, активированный уголь, полиэтиленовая сетка, мензурка, весы электронные, 1емкость.

Ход исследования.

1.Приготавливаем раствор с солью. Вода чистая V_в=(1000±2)см³, m_в=(1000±1)г, масса соли m_c=(18±1)г.

Соленость: на 1л воды 18г соли (Черное море). ρ_{раствор} = m /V= 1,018 г/см³.

2. Добавим в емкость с соленой водой моторное масло V_масло=(10±2)см³. Наблюдаем , что масло растекается по поверхности воды. Раскачиваем слегка емкость.

6. Высыпаем равномерно на поверхность масла растолченный активированный уголь m_у=(2,5±1)г. Проведем полиэтиленовой сеткой по поверхности. Масса сетки m_с=(2±1)г. Наблюдаем степень очищения. Поверхность очистилась.

7 . Вывод. Для того, чтобы собрать масло V_масло=(10±2)см³, нужно взять уголь активированный m_у=(2,5±1)г. и сетку m_с=(2±1)г.

Исследование № 4.

Исследование очистки воды с помощью бактерий и химических реагентов.

Цель работы — провести эксперимент, который позволяет выяснить, как очистить воду от моторного масла с помощью бактерий и химических реагентов.

Оборудование. Материалы для исследования: хвойный растворитель – натуральный скипидар, универсальный моющий растворитель АЛТ 602/218Н, очиститель топливной системы дизель Ln2124, бактерии для септиков и выгребных ям - Septic Pro, моторное масло, мензурка, весы электронные, 4 емкости.

Ход исследования

1.Приготавливаем раствор с солью. Вода чистая V_в=(1000±2)см³, m_в=(1000±1)г, масса соли m_c=(18±1)г.

Соленость: на 1л воды 18г соли (Черное море). ρ_{раствор} = m /V= 1,018 г/см³.

2. Добавим в каждую емкость с соленой водой по V_масло=(10±2)см³ моторного масла. Наблюдаем , что масло растекается по поверхности воды. Раскачиваем слегка емкости.

3. Выливаем на поверхность моторного масла:

1. в емкость №1 хвойный растворитель – объемом V_{хв раств}= (4±2)см³ , растворитель опустился ниже уровня машинного масла, реакции взаимодействия не наблюдали;

2. в емкость №2 универсальный моющий растворитель АЛТ 602/218,

V_алт = (4±2)см³ . Растворитель находится между маслом и водой, реакции не наблюдали;

3. в емкость №3 очиститель топливной системы дизель Ln2124, V_дизель = (4±2)см³. Растворитель находится на поверхности, реакции не наблюдали;

4. в емкость №4 бактерии - Septic Pro. V_бактер = (4±2)см³. Препарат перемешался с водой вода окрасилась в коричневый цвет на 2 см ниже уровня масла.

4. В течении всего времени наблюдения с 17.10.25 по 12.02.26 в емкостях с 1 по 3 расположение жидкостей в смеси не изменялось, цвет не менялся, осадка не наблюдалось. Емкости находились при постоянной температуре 24 градуса по Цельсию.

Вывод: масло - вязкое вещество, для его растворения необходимы специальные растворители; процесс очищения воды от масла с помощью бактерий - длительный процесс.

Результаты исследования и ключевые выводы.

1 Активированный уголь показал высокую эффективность в очищении воды от масла. Это подтверждает его высокую адсорбционную способность и пригодность для очистки.

2.Использование железных опилок и магнита, особенно в комбинации с сеткой, дало хороший результат при очистке воды от масла в лабораторных условиях, но использование метода в природных условиях будет затруднено.

3. Очистка воды от масла с помощь полиэтиленовой сетки или марли эффективна и проста в применении.

4. Заключение.

Рост производства и потребления нефти увеличивает частоту загрязнений планеты. Экологические катастрофы последних десятилетий подтверждают высокую важность проблемы. Перед государством остро стоит необходимость внедрения инновационных и безопасных технологий очистки для сохранения окружающей среды и обеспечения устойчивого развития общества.

Гипотеза нашего исследования подтвердилась. Загрязнение окружающей среды нефтепродуктами – экологическая катастрофа, являющаяся смертельной для многих живых организмов и сложнейшей по способу своего устранения. Исследуемые нами методы защиты окружающей среды от загрязнения нефтепродуктами, можно использовать для очищения акваторий.

Влияние нефтяного загрязнения на живые организмы и здоровье очень не благоприятно.

Данные показывают негативные последствия загрязнений: снижение роста растений, гибель водных видов животных, рост заболеваний у людей, проживающих рядом с загрязнёнными территориями. Нефтяные загрязнения вызывают комплексное негативное воздействие на экосистемы и здоровье человека, требуя срочных мер по очистке и профилактике.

Исследуемые нами методы защиты окружающей среды от загрязнения нефтепродуктами, можно использовать для очищения акваторий.

Для защиты природной среды от загрязнений следует: разрабатывать безотходные технологии добычи нефти; разрабатывать безопасные способы транспортировки нефти до потребителя; изготавливать трубы из материалов, не подверженных коррозии; воспитывать в обществе бережное отношение к природе, к людям; ужесточить наказание за нарушение производственной дисциплины на всех уровнях, на всей стадиях получения нефтепродуктов; создавать эффективные системы безопасности на всей стадиях получения нефтепродуктов; роботизировать и автоматизировать процессы получения и транспортировки нефтепродуктов.

Энергетическая деятельность человеческого общества, в том числе функционирование нефтяного комплекса, играет ключевую роль во влиянии на природу. Дальнейшее развитие нефтяной индустрии должно осуществляться с учетом уменьшения ее влияния на окружающую среду. Для обеспечения перехода России к устойчивому развитию, проблемы социально-экономического развития страны должны решаться сбалансировано. Необходимо сохранение благоприятной окружающей природной среды и природно-ресурсного потенциала страны в интересах будущих поколений.

Перед новыми поколениями россиян стоит много важных, неотложных задач, что требует получения всеми гражданами страны качественного образования.

5. Источники информации:

1.https://oilsorb-sorbent.ru/?yclid=1224215484397256703#about

2.esg-library.mgimo.ruarticles.moluch.ru

3.necton-sea.rujournals.tsu.ru

4.cyberleninka.ru

5.https://flotenk.ru/press-centr/posts/ochistka-stochnykh-vod-ot-nefteproduktov/