Методы удаления нефтезагрязнений

Классификация методов удаления нефтезагрязнений

В мировой практике до настоящего времени существует двой­ственное отношение к нефтезагрязнениям: пассивное, когда нефтеза-грязнения проявляются в глубине акваторий водного пространства вдали от суши, и активное, когда нефтезагрязнения оказываются в прибрежной части материков или внутренних водоемов. В пер­вом случае борьба с ними происходит, как правило, за счет само-

очищения, без участия людей и механизмов; во втором — за счет их принудительного удаления.

Из всех известных способов и методов ликвидации загрязне­ний нефтепродуктами водной поверхности следует выделить четыре основных способа: механический, осуществляемый с помощью все­возможных конструкций и устройств для сбора нефти; физико-хими­ческий, основанный на использовании физико-химических явлений; биологический — с помощью микробиологических культур и фото­химический, проходящий под действием солнечного света и катали­заторов.

Основные методы ликвидации загрязнений с водной поверхно­сти [13] могут быть систематизированы и сгруппированы по призна­кам действия (табл. 2.2).

Методы ликвидации нефтезагрязнений с водной поверхности

Самоочищение

В ряде районов Мирового океана в процессе длительной эво­люции сложились механизмы самоочищения морской среды от неф­ти, сотни тысяч тонн которой ежегодно на протяжении многих ты­сяч лет просачиваются сюда через поры и трещины в горных по­родах. Очистка происходит за счет ассимиляционной способности самой морской среды. Исходя из классического определения Фелпса-Стритгера, интенсивность самоочищения водной среды прямо пропорциональна загрязнению, если нет ограничивающих условий. Чаще всего в водоемах этим ограничивающим условием является недостаток кислорода. По данным, при концентрации кислорода ниже 2 мг/л начинается заметное торможение биохимических процессов жизнедеятельности микроорганизмов. В других районах, не подвергающихся постоянному загрязнению нефтью, эта способ­ность выражена крайне слабо.

Общим для всей водной среды является то, что после попадания на водную поверхность морей и внутренних водоемов нефть с са­мого начала подвергается многим физическим и химическим пре­вращениям. Обычно нефть распространяется по поверхности воды в виде пленки толщиной несколько миллиметров в зависимости от ее вязкости и температуры. Например, толщина пленки нефти, име­ющей плотность 930-960 кг/м³, в холодной морской воде может достигать 6-7 мм.

Под действием воздуха, солнца и морской воды с нефтью про­исходят химические реакции в сочетании с процессами растворения, испарения, фотохимическими реакциями и микробиологической де­градацией, которые и определяют три основных процесса поведения нефти в море — адвекция, растекание и выветривание:

— адвекция — процесс переноса нефти под действием ветра и тече­ний. Средняя скорость распространения нефтяного пятна в пер­вые часы после разлива ее на водной поверхности составляет порядка 3 -,5 % от скорости ветра и 10- 60 % от скорости течения;

—растекание — процесс, обусловленный плавучестью нефти и ко­эффициентом растекания за счет поверхностного натяжения и диффузии, приводящий к увеличению площади поверх­ности моря, покрытой нефтяной пленкой. С течением вре­мени процесс гравитационного растекания замедляется, за­то начинает действовать горизонтальная турбулентная диф­фузия;

—выветривание — изменение свойств нефти (плотности и вязко­сти) во времени.

Все эти физические и химические изменения, которым подвер­гается пролитая в море нефть, часто объединяют одним термином “выветривание” (weathering). Время выветривания в значительной степени зависит от вязкости пролитой нефти, температуры водной среды и ее турбулентности.

После разлива с нефтью происходят превращения в следующей последовательности.

1.Перемещение нефти по поверхности моря под действием вет­ра, волн и течений.

2.Растекание — увеличение площади нефти на морской поверх­ности за счет положительной плавучести, поверхностного натяжения и турбулентной диффузии.

3.Испарение — физико-химический процесс, приводящий к мас-
сопереносу углеводородов с морской поверхности в атмосферу. Это —
наиважнейший исходный атмосферный процесс, в результате которо-
го все летучие фракции (легкие фракции) нефти улетучиваются в те-
чение первых нескольких часов (дней) после разлива нефти. Другая
важная роль процесса испарения заключается в изменении физиче-
ских и химических свойств нефти (в частности, ее плотности, вязко-
сти, содержания воды и т. д.).

Скорость процессов испарения зависит от географического рас­положения района загрязнения. В субтропическом, тропическом, суб­экваториальном и экваториальном поясах скорость испарения легких фракций нефти высока. В этих районах попавший в воду нефтяной загрязнитель уже в первый час после разлива теряет 50% легких фракций углеводородов. Процесс испарения нефти в мо­рях умеренных широт протекает медленнее. Так, скорость испарения разлитой нефти в северных морях Европы достигает 20% общего объема в течение суток. Наиболее замедленно испарение пролитой нефти происходит в арктических широтах.

4.Атмосферный перенос — перенос испарившихся нефтепро-
дуктов в атмосфере.

5. Эмульгирование, образование мусса — физико-химический процесс формирования эмульсии типа “вода в нефти”, приводя­щий к увеличению вязкости нефти. Образование эмульсий приво­дит к существенным изменениям свойств и характеристик нефти. Образование эмульсий — результат того, что полярные и асфальтеновые соединения ведут себя как поверхностно-активные веще­ства. В сырой нефти эти соединения находятся в стабилизирован­ной форме за счет естественных ароматических соединений нефти. По мере того как эти растворители истощаются под влиянием атмо­сферных воздействий, асфальтены начинают выпадать в осадок. Вы­павшие в осадок асфальтены уменьшают поверхностное натяжение на поверхности раздела вода-нефть и инициируют процесс эмульги­рования.

6. Проникновение нефти в водную толщу (диспергирование) — перенос нефти с морской поверхности в водную толщу, вызванный образованием эмульсии типа “нефть в воде”. Диспергирование пред­ставляет собой физический процесс, при котором макроскопические сферические частицы нефти переносятся с морской поверхности в толщу воды вследствие разрушения ее волнами. Диспергированная нефть в виде глобул разного размера распространяется и диффунди­рует в толщу воды. Так, по данным исследования, отдельные муссоподобные сгустки высококонцентрированной эмульсии разме­ром до 1 мм обнаружены на глубине свыше 80 м спустя три недели после аварии нефтяного танкера. На стабильность диспергирования влияют такие факторы, как размеры капель, их плавучесть и турбу­лентность. Основными источниками энергии диспергирования явля­ются разрушающиеся волны, образующиеся под действием ветра на поверхности моря.

7. Растворение — сложный физико-химический процесс, в ре­зультате которого часть массы нефти из пленочной или капельной фазы переходит в водную толщу. Растворение — это процесс, приво­дящий к массопереносу углеводородов (растворимых в воде фрак­ций) из поверхностного тонкого нефтяного слоя взвеси и капель нефти в толщу воды после окисления легких углеводородов кис­лородом воздуха с образованием полярных компонентов. Помимо атмосферной аэрации свободный кислород для окисления органи­ческих веществ поступает в водную среду в результате фотосин­теза фитопланктона. Подсчитано, что если за счет атмо­сферной аэрации воды за сутки на каждый квадратный метр водной поверхности может поступать от 1 до 4 мг кислорода, то при бла­гоприятных условиях (солнечной погоде) биомасса микроводорос­лей за счет фотосинтетической аэрации может обеспечить поступле­ние кислорода до 20... 30 мг/м² водной поверхности, т. е. в 10 раз больше.

Растворение углеводородов нефти в водной фазе зависит от фракционного состава пролитого нефтепродукта. Так, углеводороды с более низкой молекулярной массой обладают лучшей растворимо­стью в воде. К примеру, растворимость бензола, толуола и ксилола в морской воде составляет 1350, 375 и 130 мг/л соответственно. В то же время растворимость нормальных алканов, имеющих 5, 8, 12 и 30 атомов углерода, значительно ниже и составляет соответствен­но 100; 7,5; 0,0075 и 0,001 мг/л [311].

Массоперенос, происходящий вследствие молекулярной диффу­зии, протекает более медленно по сравнению с испарением. Кон­центрация растворенных в воде углеводородов под поверхностным тонким слоем взвеси сразу после разлива нефти возрастает, а затем, спустя несколько часов, быстро уменьшается в результате улетучи­вания компонентов при испарении.

8.Фотоокисление — трансформация нефтяных углеводородов под действием солнечного света.

9.Биодеградация — уменьшение массы нефти в водной толщине за счет действия микроорганизмов. Биодеградация или биодеструк­ция — это биохимический процесс, изменяющий или превращаю­щий углеводороды нефти, благодаря жизнедеятельности микроорга­низмов, и (или) поглощающий и удерживающий их внутри микроор­ганизмов.

Принудительная ликвидация нефтезагрязнений

Как уже было отмечено, основополагающими методами борьбы с загрязнениями водной поверхности являются в основном четыре способа: механический, осуществляемый с помощью всевозможных

конструкций и устройств для сбора нефти; физико-химический, осно­ванный на использовании физико-химических явлений; биологиче­ский — с помощью микробиологических культур и фотохимический, проходящий под действием солнечного света и катализаторов.

Механические методы в свою очередь можно условно разде­лить на две группы — методы, удаляющие нефть с водной поверхно­сти с возможной последующей ее утилизацией или уничтожением, и методы, очищающие водную поверхность с переводом нефти на дно.

Проблема, возникающая при использовании методов первой группы, связана с тем, что обычно проводят две операции. Первая — распределение адсорбирующего материала по плавающей поверхно­сти, вторая — удаление этого материала и последующее его сжигание или извлечение из него нефти. Сорбенты из пенообразующих ма­териалов чрезвычайно легки, поэтому рассеивание их на большой площади открытого водоема и водной поверхности открытого моря представляет чрезвычайно трудную операцию, так же как и их сбор, поскольку даже насыщенные нефтью, они обладают огромной па­русностью и способны быстро передвигаться под действием ветров и течений. Ввиду этого возможность применения подобных матери­алов ограничена.

Технологию очистки поверхности воды путем осаждения плен­ки нефти на дно водных акваторий используют в тех случаях, когда необходима локализация загрязнения и предотвращение его распро­странения по водной поверхности и попадания в водоемы, где при­сутствие нефтяной пленки крайне нежелательно. Это, прежде все­го, источники питьевой воды, водоемы рыбохозяйственного значения, арктические моря с низкой скоростью естественного разложения нефтяного загрязнения.

При этом предполагается, что осаждение пленочной нефти не приводит к стойкому загрязнению дна водоема. Например, осажде­ние пленки нефти проводят в половодье на участках, временно за­литых водой, на водоемах (запрудах, водосборниках) с возможно­стью периодической зачистки донных отложений. Технология мо­жет быть использована также и в тех случаях, когда необходимо экстренное снижение токсического воздействия вредных испарений нефти или устранения пожарной опасности при разливах нефти. При сборе, подготовке и транспорте нефти такая ситуация может воз­никнуть на участках ремонта трубопроводов с проведением огневых работ.

Подготовительный этап работы по очистке поверхности водое­ма от пленочной нефти включает проверку исправности технических средств, определение толщины пленки нефти, расчет потребности в сыпучих материалах и диспергаторах, оценку качества сыпучего материала и требуемой концентрации ПАВ. На основе исходных дан­ных о толщине пленочной нефти принимают решение о выборе типа сыпучего материала и ПАВ, последовательности выполнения опе­раций. Например, при толщине пленки нефти порядка 1 мм и более предпочтительно использовать гидрофобизированный сыпучий мате­риал с открытыми порами и без использования ПАВ. Тонкие пленки, порядка 0,1 мм и меньше, могут быть осаждены на дно под совмест­ным действием сыпучего материала и ПАВ, когда нефтяную пленку вначале по всей поверхности обрабатывают сыпучим материалом, а затем по периферии и сверху — разбавленным водным раствором ПАВ. Применение ПАВ уменьшает расход сыпучего материала, необ­ходимого для осаждения пленочной нефти.

Осаждение тонких пленок нефти производят различными до­ступными для потребителя сыпучими материалами — кварцевым пес­ком, гипсом, доломитом, поташом, магнезитом, каолином и бентони­том, золой и цементом. Для этого сыпучий материал предварительно тщательно высушивают и размалывают. Эффективность использо­вания порошков существенно повышают гидрофобизацией их по­верхности, за счет увеличения силы адгезионного взаимодействия поверхности сыпучего материала и нефти. В качестве гидрофоби-зированного сыпучего материала может быть принят вспученный перлит с открытыми порами, при заполнении которых нефтью сор­бент теряет плавучесть и осаждается на дно водоема. Аналогичные свойства приобретают практически все твердые пористые материалы с плотностью выше плотности воды при гидрофобизации их поверх­ности.

С уменьшением толщины нефтяной пленки и уменьшением сте­пени смачиваемости нефтью поверхности используемого материала удельный расход сыпучего материала необходимо увеличивать.

Для снижения расхода сыпучего материала при погружении тон­ких пленок нефти ее осаждение следует проводить совместным дей­ствием сыпучего материала и химического реагента (ПАВ). В этом случае сыпучий материал не топит моментально пленку нефти, по­скольку осаждение нефтяной пленки на дно водоема происходит только после ее обработки раствором ПАВ. Совместное использование сыпучего материала с раствором ПАВ эффективно при соотношении сыпучего материала к нефти в пределах от 2:1 до 3:1.

При массовой доле ПАВ 0,1 % и удельном расходе 0,01 % необ­ходимое количество водного раствора ПАВ в десять раз превыша­ет количество нефти, которое осаждают на дно водоема. Примене­ние ПАВ подавляет флотационный эффект гидрофобной нефтяной пленки и способствует осаждению нефти на дно вследствие измене­ния краевого угла смачивания, снижения поверхностного натяжения, уменьшения смачиваемого периметра при диспергировании пленки нефти. Эти характеристики зависят от конкретного типа ПАВ, поэто­му значения для каждого вида химического реагента опреде­ляют опытным путем. Для осаждения нефтяной пленки используют водорастворимые, биологически мягкие ПАВ — алкилсульфаты, неонолы, оксифосы и препараты типа МЛ.

Требования к применяемому оборудованию определяют условия равномерного нанесения сыпучего материала по всей поверхности нефтяной пленки. С этой цепью может быть успешно использовано стандартное оборудование для нанесения воздушным потоком пе­стицидов, фунгицидов в сельском хозяйстве и обработки деревьев в коммунальном хозяйстве. Для нанесения растворов диспергаторов и ПАВ может быть задействовано стандартное оборудование, при­меняемое для пожаротушения. При больших масштабах загрязнений в труднодоступной местности эффективно могут быть использованы технические средства сельскохозяйственной авиации.

При использовании методов, погружающих нефть на дно, при­меняют вещества, которые физически являются адсорбентами и аб­сорбентами. Известна многочисленная группа различных нейтраль­ных порошков, состоящих из природных компонентов донных осадков, к которым прибавляются активированный кремнезем или естественный меловой порошок. Имеются данные, указывающие на положительные опыты по погружению нефти на дно с помощью лигниновой и тальковой пыли, химически обработанного песка. При этом необходимо создавать условия, чтобы материал прочно фикси­ровал нефть и не давал бы ей возможности всплыть.

Однако многочисленные эксперименты указывают, что даже че­рез несколько месяцев после затопления масса нефти остается еще подвижной и при волнении воды может быть поднята на поверх­ность.

Один из методов ликвидации разлитой нефти с поверхности во­ды [218] предусматривает нанесение на нее диатомитовой земли при соотношении объемов земли и нефти от 3 : 1 до 1 : 1. При этом об­разующийся клинообразный материал быстро оседает на дно. Смесь диатомитовой земли с сеном, соломой, торфом в сочетании с адсор­бированной нефтью удерживается на водной поверхности в течение недели.

Применение потопляющих агентов, на первый взгляд заманчи­во тем, что операцию проводят в один прием и можно в течение нескольких минут освободить водную поверхность моря от плава­ющей нефти. Однако соединения, обладающие большой впитываю­щей способностью, имеют ограниченную плавучесть. Соединения же, имеющие длительную плавучесть, обладают пониженной впиты­вающей способностью.

С биологической точки зрения только первая группа методов, предполагающая сбор и удаление нефти с поверхности с после­дующей ее утилизацией или уничтожением на берегу, может счи­таться удовлетворительной. При погружении нефти на дно она не только приводит к поражению бентосных организмов, в том чис­ле устричных и мидиевых, но и создает хроническое загрязнение акватории. В осадках, как указывалось выше, окисление нефти про­исходит крайне медленно, и при этом возможно газообразование, которое способствует поднятию нефтяных остатков вновь к поверх­ности.

Боновые заграждения для локализации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

К наиболее простым методам борьбы с загрязнением водной по­верхности нефтепродуктами относится способ локализации разлива с помощью плавучих боновых заграждений. Кон­струкции и способы осуществления заграждения (локализации) раз­лива нефти могут быть самыми разнообразными. При таком способе нефть находится внутри локализованного участка и не растекается по всей поверхности водоема.

Для ограничения распространения пятна могут быть использо­ваны водные струи воды, обеспечивающие формирование нефтяного пятна от периферии к центру. Однако данные способы являются ме­рой временной, способной только предотвратить растекание нефти до прибытия основной техники, обеспечивающей сбор разлитой нефти.

В настоящее время отечественной и зарубежной промышленно­стью для локализации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов выпускается свыше 200 разновидностей боновых заграждений. Такое многообразие нефтеудерживающих бонов вызвано различием техно­логических задач, решаемых с использованием данного оборудова­ния, а также ландшафтными и климатическими условиями их приме­нения. Выпускаемые промышленностью боны различаются формой, внутренним устройством, конструкционными материалами, размера­ми, техническими параметрами и технологическим назначением, це­ной. Для того чтобы осуществить выбор оптимальной конструкции боновых заграждений, необходимо исходить из конкретной техноло­гической задачи, стоящей перед предприятием.

Из всего многообразия боновых заграждений можно выделить пять основных типов бон, а именно: ленточные, щитовые, трубчатые, многотрубчатые и сложнотрубчатые боны.

Ленточные боны

Ленточные боны отличаются наличием ровной, плоской по всей длине заграждения, нефтеулавливающей поверхности с грузами в ее нижней части и поплавками, крепящимися односторонне (реже двусторонне) к ее верхней части. В водоемах образуют ровную, жест­кую по всей длине нефтеудерживающую поверхность. Состоят из секций длиной от 5 до 30 метров. Нефтеудерживающие секции со­стоят из нефтеулавливающих пластин, выполненных из высокопроч­ных полимерных материалов (полиэтилена, полихлорвинила, поли­уретана и др.). Общая высота секций может варьироваться от 300 до 1000 мм.

Для обеспечения вертикального расположения бон и их плаву­чести к верхней части секций нефтеулавливающих пластин крепят пустотелые или выполненные из вспененных материалов, покрытые пластмассой поплавки, к нижней части нефтеудерживающих пластин — балластные грузы, выполненные в виде гальванизированных или оцинкованных металлических блоков.

Применяют в качестве концентрирующих неподвижных и по­движных заграждений в условиях открытых и закрытых акваторий с минимальным уровнем волнового воздействия.

В России боны данной группы выпускают под марками: “Ру-беж-50” — ООО “Экосервиснефтегаз”; боны постоянной плавуче­сти — ОАО “Ярославрезинотехника”. За рубежом наиболее известны: “СиЬе Ьоот” — “Global Spill Control)), Австралия; “Hoyle Protektor”, “Hoyle” — “Vikoma International Ltd”, Великобритания; “RO-Fence” — “RO-Clean desmi”, Дания; “Permanense Boom” — “Elastec American Marine”, Дания — США.

Щитовые боны

Щитовые боны имеют множество поплавков квадратной (пря­моугольной) формы, расположенных вертикально относительно по­верхности воды, с расположенными между ними мягкими межпо­плавковыми пространствами. Это позволяет формировать из них за­граждения любого вида и формы, компактно складывающихся на воде и суше.

Секционные боны имеют замкнутую оболочку, в жестком (ме­талл, полиэтилен и др.) или мягком (полиэфирная ткань, дублиро­ванная ПВХ; нейлоновая ткань, дублированная полиуретаном и др.) исполнении. Поплавковые камеры жестких бонов заполнены воз­духом и имеют газоспускные клапаны. В мягких боновых загра­ждениях поплавки квадратной или прямоугольной формы запол­нены вспененным материалом (пенопласт, полиэтилен, фиброгласс и др.).

Балласт выполнен из оцинкованных или оксидированных цепей.

Используют в замкнутых, защищенных от ветра и волн аквато­риях портов и нефтеналивных терминалов.

Щитовые боны известны под марками: “Барьер-П” — ООО “Эко-сервиснефтегаз”, Россия; Боны ПП — ТО “Северное море”, Россия; “Fence Воош” — “Global Spill Control)), Австралия; “Maximax” — “Elastek American Marine”, Дания-США; “Troilboom GP-S” — RO-Clean Desmi, Дания.

Трубчатые боны

Трубчатые боны имеют объемные, расположенные горизонталь­но относительно поверхности воды поплавковые камеры, в сечении имеющие форму круга, прямоугольника, ромба. Боны данного типа образуют нефтеудерживающий барьер с повышенной устойчивостью в потоке к волновому и ветровому воздействию.

По своим прочностным параметрам эти боны мало отличают­ся от щитовых боновых заграждений. У трубчатых бонов прочность на разрыв составляет от 11,7 до 245 кн, устойчивость в потоке — до 0,5- 1,7 м/с. Высокая эффективность их эксплуатации дости­гается даже при скорости ветра до 5-15 м/с и волнении водной поверхности до 3 баллов.

Трубчатые боны рекомендуют к применению в открытых аквато­риях рек, водохранилищ, озер и морей, для использования их в каче­стве удерживающих. Возможно также использование их и в качестве концентрирующих и берегозащитных.

Известная финская компания “Lamop” (Lamop Corporation Ab) производит три вида надувных бон. Ультралегкие боны изготавли­вают из полипропилена, защищенного от ультрафиолетовых лучей, и выдерживают нагрузку на разрыв 19,6 кн. Легкие нефтеогражда-ЮЩие боны “Lamor Light 500, Lamor Light 750, Lamor Light 100” выполнены из PVC/нитрила с нанесенным полиэтиленовым покры­тием, устойчивым к нефти и солнечному свету. Тяжелые нефтеогра-ждающие боны “НОВ 900, НОВ 1200, НОВ 1500, НОВ 1500S” пред­назначены для использования в открытом море и на реках с сильным течением, поэтому требования к их надежности довольно высокие. Изготавливают их из двух слоев синтетической ткани, завулканизи-рованной между тремя слоями резины, устойчивой к воздействию нефтепродуктов. Соединительные секции, ребра жесткости, балласт­ные стальные пластины и троса обеспечивают работоспособность бон на волне до 3 метров, скорости ветра до 20 м/сек и течении до 3 узлов.

В России трубчатые боны производят под следующими мар­ками: боны металлические “ДУ 500” — ОАО АК “Транснефть”, “иИПП-3683” - ВРЦАЭО, “С-600” - ЦБПО ОАО “Приволжские МИ”; “БЗ-10” — ТОО “Лессорб”, “Барьер” — ООО “Экосервис-пефтегаз”, “БНУ” - ЭПТЦ МНИИЭКО ТЭК, надувные боны -ТОО “Северное море”, “УЖ-2М” — ТОО НПП “Нефтетранстехни-Ка”, боновые заграждения (речной вариант) — ОАО “Ярославрезино-техника”.

За рубежом выпускают под марками: “Curtain Воот”, “Barrel-О-Ноот”, “Hi-Seas”, “Mini Air Воот” — “Global Spill Control)), Австра­лия; “Hi Sprint” — “Vikoma” (Vikoma International Ltd), Великобрита­ния; “RO-Sweep”, “RO-Boom” — “RO-Clean Desmi”, Дания; “Super Swamp Воот”, “Mini Мах”, “Simplex”, “Opti Мах”, “Maxi Мах”, “Super Мах”, “Air Мах” — “Elastec American Marine)), Дания — США; “Inflatable Booms” — “Oil Stop LLC”, США.

Многотрубчатые боны

Многотрубчатые боны отличаются тем, что нижняя часть секций у них выполнена в виде одной или двух мягких пустотелых секций, заполняемых при эксплуатации водой. Вследствие этого боны полу­чили название “гидробалластные”.

Для бонов данного класса характерна мягкая оболочка, вы­полненная из полимерно- (резино-) тканевых материалов, образую­щих две (три) камеры. Верхние камеры, являющиеся поплавковы­ми, заполняют воздухом через клапан или имеют постоянную пла­вучесть вследствие их заполнения легким вспененным материалом, а нижние, гидробалластные, камеры заполняют водой через гидро­клапан.

Технологической особенностью данного класса бонов является их повышенная устойчивость к воздействию волн и ветра. Эффек­тивное применение многотрубчатых бонов возможно при волнении водной поверхности до 5 баллов и скорости ветра до 25 м/сек при их сравнительно небольшом весе, составляющем 1,1-5,4кг/м³.

Данная группа боновых заграждений является земноводной, т. е. может быть использована как в условиях открытых акваторий, так и прибрежной полосы водоемов, болот и суши.

В России выпуском многотрубчатых бон занимаются: ТОО “Северное море” — приливные боны, ЭПТЦ МНИИЭКО ТЭК — “БНУ-400УП”, “БНУ-600УП”, “БНУ-800УП”. За рубежом много­трубные боны выпускают: “Global Spill Control)), Австралия — “Dura Boom 500 Tidal”; “Vikoma International Ltd”, Великобритания — “Guardian”, “Shore Guardian)), “Sentinel”; “RO-Clean Desmi”, Дания — “Tundra Guard Boom”, “Tidal Barrier Boom” “Global Spill Control)); “Elastec-American Marine”, Дания-США — “Tundra Guard Boom”, “Tidal Barrier Boom”.

Следует отметить, что часть трубчатых и многотрубчатых бон предназначена для реализации сорбционного и сорбционно-механического способа локализации аварийных разливов нефти и нефте­продуктов. Сорбционные боковые системы отличаются от выше­описанных бонов наличием у них сетчатой или ячеистой наружной оболочки, способной пропускать через свою поверхность нефтяные загрязнения, и присутствием внутри бонов абсорбентов, обладающих высокой поглотительной способностью.

В качестве сорбентов в основном применяют волокнистые мате­риалы, изготовленные на основе природных сфагновых мхов, хлопка, целлюлозного волокна, шерстяного волокна, полипропиленового во­локна и др. Отсутствие у данных бонов силовых элементов определя­ет невысокий уровень их прочностных характеристик. Данные боны легкие. Масса одного погонного метра составляет от 0,2 до 7,2 кг. Длина стандартных секций бонов составляет от 1,2 до 10,0 м. Со­единение секций между собой осуществляют путем связывания кон­цов бонов. Сорбционная емкость данных бонов составляет от 2,8 до 50,0 кг/п. м.

Основными областями применения трубчатых сорбционных бо­нов являются концентрирование и сбор незначительных по площади нефтяных загрязнений на водной поверхности и грунте, защита бе­реговой зоны.

К сорбционным бонам относят: Россия — БСС-10, БС-3, БС-5, МБС-1,5, МБС-3 - “Лессорб”; БС-90 - ЭПТЦ МНИИЭКО ТЭК; БИПП-С - ВРЦАЭО, Россия; 3 М-270, MB 4 - “Abzorbit”, США;

Skore Boom — “Elastec Inc./American marine Inc.”, США; E 510 — “Alphasource”, США; OWB 5 — “Arcus Absorbents”, Канада.

Огнестойкие боковые заграждения

Локализацию и ликвидацию аварийных разливов нефти и нефте­продуктов на водоемах очень часто осуществляют в условиях, при ко­торых опасность возникновения возгорания нефтезагрязнений очень высока. Особенно это касается аварийных разливов сырой нефти и нефтепродуктов с большим содержанием легколетучих фракций. Для этих целей разработаны огнестойкие боны, которые могут осу­ществлять свои технологические функции в условиях прямого кон­такта с горящей нефтью.

Фирмой Kepner Plastics Fabricators (США) разработана само­развертывающаяся / самосвертывающаяся система боновых загра­ждений [318]. Жаростойкая, многократного использования система предназначена для работы в условиях горения нефти (температура выше 1000° С) и при разливах нефти. Ее используют на буровых установках, судах, в доках и хранят в свернутом виде на бараба­нах. Работы по свертыванию и развертыванию системы выполня­ются одним человеком. Поставляется система Fire Card трех разме­ров: диаметром 203 мм для внутренних вод при небольшом волне­нии, 279 мм — для открытой гавани и 356 мм — для использования в океане.

Боновая система включает съемный огнеупорный наружный кожух Thermotex, жаропрочные поплавки Resistex, а также ткане­вое ограждение со спиралевидной основой из нержавеющей стали. Для развертывания и свертывания системы не требуется специально­го оборудования.

В России первые отечественные огнестойкие удерживающие боновые заграждения постоянной плавучести типа БПП-160У и БПП-400У2 разработала ЭПТЦ МНИИЭКО.

Боны БПП-160У [163] состоят из цилиндрических секций, скрепленных между собой огнестойкими герметичными соединени­ями. Конечные секции боновых заграждений имеют концевики с на­тяжными тросами. Внутри секции бона по его продольной оси распо­ложен поплавковый элемент, состоящий из отдельных твердотелых камер, соединенных тросами. Поплавковый элемент покрыт гидро­фильной оболочкой, функционирующей в качестве осмотитеческого всасывающего фильтра для насыщения ее водой, поверх оболочки расположен гидрофобный термостойкий ворсистый слой.

Боны БПП-400У2 имеют дополнительную эластичную “юбку” (шторку) для повышения эффективности удержания нефтяной плен­ки.

Оборудование для сбора нефти и нефтепродуктов

с поверхности воды

Сбор нефтепродуктов с водной поверхности при отсутствии спе­циального оборудования может осуществляться методом их прямой откачки насосным оборудованием общего назначения. В связи с бо­лее высокой вязкостью нефтепродуктов по сравнению с водой откач­ка обычными насосными агрегатами поверхностного загрязненного нефтепродуктами слоя приводит к тому, что в откачиваемой водонефтяной эмульсии доля водной фазы достигает 40... 90 %. Сбор нефтепродуктов с поверхности воды в данном случае является дли­тельным и неэффективным.

Самые простые аппараты для сбора нефти основаны на исполь­зовании плавающих емкостей, один из бортиков которых (порог) опущен ниже поверхности на предполагаемую толщину слоя нефти. Основным недостатком таких конструкций является крайне невы­сокая скорость сбора нефти, значительный попутно захватываемый слой воды при волнении и уменьшении толщины пленки нефтепро­дукта в конце операции сбора. При регулировании глубины спуска порога под уровень нефтепродукта уменьшается и количество попут­но захватываемой воды.

Устройства с плавающими насосами могут сочетаться с порого­выми устройствами, откачивать продукты любой вязкости на значи­тельные расстояния и высоту, но при этом образуются трудноразде­лимые водонефтяные эмульсии.

Сбор с помощью гидродинамических устройств (с использова­нием центробежных сил), например, гидроциклонов, основан на раз­деление смеси нефти и воды вследствие разности их плотностей. Сте­пень разделения зависит от дисперсности водонефтяной эмульсии, скорости вращения и времени пребывания жидкой смеси в аппарате. Данные устройства обычно используют для первичного разделения фаз с последующей доочисткой воды. Устройства с вихревой ворон­кой подчиняются законам движения жидкостей в гидроциклоне, но базируются на других принципах закручивания потока. Устройства для образования большого числа микровихрей предполагают закру­чивание естественного потока на специальных решетках и других конструкциях.

Более совершенны и производительнее устройства с вакууми-рованным сборником на судне или на берегу и с плавающей голов­кой (возможно с пороговым устройством). При правильном регули­ровании объем образуемой водонефтяной эмульсии небольшой, но существуют ограничения по высоте подъема (5- 7 м) и вязкости продукта.

Для очистки поверхности водоемов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами разработан и выпускается промышленностью це­лый ряд нефтесборщиков, которые позволяют произво­дить сбор нефтепродуктов с одновременным отделением их от вод­ной фазы непосредственно в водоеме.

Общим для всех нефтесборщиков является наличие в их кон­струкции нефтезаборного узла, насоса, привода и энергоузла, а также комплекта соединительных шлангов и других комплектующих.

Данные конструктивные элементы могут быть в составе неф­тесборщиков полностью раздельными и автономными, что позволя-

ет легко осуществлять транспортировку данного оборудования по трудно пересеченной местности, осуществлять быструю замену вы­шедших из эксплуатации узлов и использовать насосное оборудова­ние, входящее в состав нефтесборщиков, не только для сбора нефти, но и для перекачки нефтепродуктов. Вес отдельных комплектую­щих единиц не превышает 60 кг. За рубежом наиболее часто вы­пускают нефтесборщики с объединенным насосно-приводным энер­гоузлом и отдельным нефтезаборным узлом или нефтесборным уз­лом, объединенным с насосом, и отдельным энергоприводным уз­лом, что обеспечивает более высокий уровень компактности обору­дования при транспортировке, но значительно увеличивает его вес до 80 -150 кг.

По конструктивным особенностям нефтезаборных узлов в со­ставе всего многообразия выпускаемых нефтесборщиков можно вы­делить два основных класса данного оборудования:

1.Пассивные нефтесборщики для осуществления механического и сорбционно-механического способов сбора нефти и нефтепродук­тов, включая пороговые и лотковые нефтесборщики;

2.Активные нефтесборщики для осуществления механического и сорбционно-механического способов сбора нефти и нефтепродук­тов, включая роторные, ленточные, дисковые, вихревые, ершовые и вакуумные нефтесборщики.

Пассивные нефтесборщики

В пассивных нефтесборщиках перемещение нефтяной пленки к нефтесборному узлу осуществляется путем ее пассивного пере­мещения вместе с поверхностным слоем воды. Движение поверх­ностного слоя воды к нефтесборщику может быть обусловлено непосредственно током движения воды в водоеме или создаваться ис­кусственно за счет его откачки. Для нефтесборщиков данного типа характерным является повышенное содержание воды в откачиваемой водонефтяной смеси, которое может достигать 10 -40 %. По прин­ципам устройства нефтезаборного узла в составе пассивных нефте­сборщиков можно выделить пороговые нефтесборщики и лотковые нефтесборщики.

Пассивные пороговые нефтесборщики

Пассивные пороговые нефтесборщики имеют понтонный узел, зону накопления нефтепродуктов и нерегулируемую нефтеперелив-ную стенку. Под действием перемещения водных масс у данной стенки происходит концентрация нефтяной пленки. При высоте слоя нефтепродуктов выше данной перегородки происходит их перелива­ние в сборный резервуар, откуда последние откачиваются посред­ством насосного оборудования. Данная конструкция нефтезаборных устройств определяет неустойчивость их работы в условиях повы­шенного волнения водной поверхности. Паспортная производитель­ность данных нефтесборщиков может составлять от 7 до 125 м³/ч. Осадка нефтесборщиков — от 100 до 1100 мм, масса — от 7 до 300 кг. Основной областью применения пороговых нефтесборщиков явля­ются скоростные реки и закрытые от волн и ветра акватории водо­емов. К достоинствам данных нефтесборщиков относятся: простота конструкции, высокая производительность откачки нефтепродуктов, эксплуатационная надежность. Недостатками являются: ограничен­ная область применения, слабая защищенность от крупных плаваю­щих механических загрязнений, сложность регулировки вследствие изменения массы нефтесборщика по мере накопления в нем нефтепродуктов, повышенный процент содержания воды в собранных нефтепродуктах.

К пассивным пороговым нефтесборщикам относят: НС-2, НС-4, НС-5, НС-6 — ООО “Лессорб”, Россия; Desmi Mini-Max, Desmi Ter­rapin, Desmi Tarantula, Desmi Termite, Desmi Terminator, Ro-skim 1500, Ro-skim 2000 — “Ro-Clean Desmi”, Дания — Великобритания; Mini Skimmer, Micro Skimmer, Mini Well Skimmer, Micro Well Skimmer — “Foilex”, Швеция; Mini Fasflo Skimmer, Fasflo Skimmer — “Vicoma”, Великобритания и др.

Отличительной особенностью пассивных лотковых нефте­сборщиков является наличие в нефтезаборном узле подвижной пе­регородки, изменяющей свое положение по мере накопления в неф­тесборщике массы откачиваемых загрязнений. Конструктивно неф-тезаборное устройство выполнено из понтонного узла, решетки для предотвращения попадания механических примесей и эксцентрико­вого подвижного саморегулирующегося лотка. Производительность таких нефтесборщиков составляет 10- 16 м³/ч; масса нефтесбор­щиков без откачивающих агрегатов — 17-30 кг; глубина осадки не превышает 100-250 мм, что позволяет использовать их для сбо­ра нефтепродуктов на мелководьях.

Примерами данного оборудования являются: лотковый неф­тесборщик СПМ-10 - ЭПТЦ МНИИЭКО ТЭК, Россия и Combi Skimmer — “Gabeg”, Германия.

Активные нефтесборщики

Отличительной особенностью нефтесборщиков данного типа яв­ляется то, что перемещение нефтяной пленки к нефтесборному узлу обеспечивается непосредственно самим нефтесборщиком.

Для начала работы активных нефтесборщиков необходим пер­вичный контакт пленки нефтезагрязнения с нефтезаборным узлом. В составе нефтесборных узлов оборудования предусмотрены по­движные элементы, выполненные в виде барабанов, дисков, лент и элементов других форм, с гидрофобной, как правило, поверх­ностью, вследствие чего они легко смачиваются углеводородными жидкостями. При вращательном движении подвижных элементов нефтяная пленка смачивает их поверхность и поднимается выше уровня воды, откуда впоследствии удаляется посредством специ­альных нефтесъемных пластин, барабанов и т. п. Собранные таким образом нефтяные загрязнения, отделенные от воды по лоткам, на­правляются в зону откачки. Активные нефтесборщики предназна­чены для сбора нефтезагрязнений с поверхности водохранилищ, рек, озер, прудов, непроточных водоемов, болот, технологических водоемов и резервуаров. Для нефтесборщиков данного класса ха­рактерно содержание воды в собранных нефтепродуктах в преде­лах 5-10 %.

Особую группу составляют вихревые и вакуумные нефтесбор­щики. Вследствие специфики их принципиального устройства, обу­словленного всасыванием нефтепродуктов вместе с поверхностным слоем воды, как правило, в их состав входят приемно-разделительные емкости. В данных емкостях происходит разделение фаз с возвратом воды в водоемы. Однако, в отличие от пассивных нефтесборщиков, в связи с отсутствием активного перемешивания при транспортиров­ке в шлангах, сбрасываемые воды имеют минимальный уровень за­грязнения и не оказывают существенного влияния на общий уровень загрязнения водоемов.

Активные роторные нефтесборщики

В конструкции активных роторных нефтесборщиков преду­смотрено наличие подвижных одиночных или попарно расположен­ных роторов-барабанов, вращающихся по направлению друг к дру­гу. Поскольку барабаны пустотелые, то выполняют одновременно и роль поплавков. Поверхность барабанов гидрофобна. Она может быть: твердой, тогда съем нефтепродуктов с их поверхности осуще­ствляется скребками, пористой — с отводом нефтезагрязнения ме­тодом откачки из внутренней полости роторов либо иметь сорб-ционные регенерируемые покрытия (например, методом отжима). Производительность данных нефтесборщиков находится в преде­лах 0,46... 45 м³/час, глубина осадки 80... 350 мм. Масса нефте­сборщиков — 3,6... 400 кг. В основном активные роторные нефте­сборщики используют в условиях рек и болот.

Примером таких нефтесборщиков могут являться модели Mini, Mini Max, TDS-118, TDS-136, Magnum 100, Magnum 200 фирмы “Elastec” в США и НБ-1 фирмы ОАО “СЗМН”, СПМ-10 фирмы ЭПТЦ МНИИЭКО ТЭК в России.

Активные ленточные нефтесборщики

Активные ленточные нефтесборщики характеризуются нали­чием ленточных нефтесборных покрытий, приводимых в движе­ние тяговыми барабанами. Покрытия могут быть сетчатыми (ме­таллическими, капроновыми, полипропиленовыми и т. п.), объемно-пористыми, изготовленными из нетканых хлопковых, целлюлозно-бумажных, полипропиленовых и других материалов. Регенерацию

сетчатых покрытий осуществляют методом отжима и вакуумиро-вания (отсоса, отдува). Нефтесборщики могут быть использованы в процессе сбора вязких нефтепродуктов с производительностью пефтесбора от 2 до 16 м³/час. Величина осадки от 100 до 300 мм.

К данному типу нефтесборщиков относят — УАСН-300М и УСН-250МА фирмы ЭПТЦ МНИИЭКО ТЭК, Россия.

Активные дисковые нефтесборщики

Активные дисковые нефтесборщики представляют собой нефтезаборное устройство с рядом вращающихся дисков всевозможной конфигурации, от округлых до звездчатых и тороидальных. Суммар­ная площадь дисков намного превышает контактную площадь по­верхности роторных и ленточных нефтесборщиков. Диаметр дисков составляет от 100 до 500 мм, выполненных из металла, полиэтиле­на, полипропилена, фторопласта и других гидрофобных материалов.

Расстояние между дисками от 20 до 100 мм. При контакте враща­ющихся дисков с водной поверхностью, загрязненной нефтепродук­тами, происходит сорбирование нефтяной пленки на их поверхно­сти и подъем ее выше уровня воды. Съем нефтепродуктов с дисков осуществляется стационарными скребками. Откачку нефтепродуктов осуществляют пневматические, гидравлические и электроприводные насосы. Отличительной особенностью дисковых нефтесборщиков является высокий уровень стабильности их работы в условиях повы­шенного волнения. Дисковые нефтесборщики обладают значитель­ной площадью контакта с нефтяной пленкой и имеют более высокую производительность по сравнению с другими активными нефтесбор­щиками. При сборе тонких пленок с поверхности воды может быть обеспечена производительность в пределах от 5 до 100 м³/час. Глу­бина осадки от 80 до 500 мм, что обуславливает их применение на мелководье.

Наиболее широко известны нефтесборщики группы “Vikoma” из Великобритании: системы “КеЬаЬ” — “КеЬаЬ 1500”, “КеЬаЬ 2000”, “КеЬаЬ Т5”, “КеЬаЬ T14FLT”, производительностью сбо­ра соответственно 1,5, 2, 5, 14 м³/час; системы “Котага” — “Котага 12К”, “Котага 30”, “Sea Skimmer 50”, “Sea Deevial”, “Sea Skimmer 100”, производительностью сбора соответственно 12, 30, 50, 67, 100 м³/час; “Котех” во Франции и УСН-0003 фирмы ИНБАС в России.

Активные вихревые нефтесборщики

Активные вихревые нефтесборщики имеют привод, расположен­ный на поплавках, посредством которого приводится в действие рота­ционное колесо, создающее всасывающую воронку, захватывающую поверхностную нефтяную пленку и подающую ее в зону отсоса. При ЭТОМ сбор нефтепродуктов происходит с захватом поверхностного гноя воды. Откачку водонефтяной смеси производят вакуумным или же эжекционным способом в приемно-разделительную емкость. Дан­ные нефтесборщики имеют незначительный уровень осадки, поэто­му их активно применяют в мелководных непроточных водоемах, технологических резервуарах. Производительность составляет от 10 до 15 м^,!/час. Осадка 170-200 мм.

Примером таких нефтесборщиков является легкий нефтесбор­щик IICMB-5 фирмы ИПЭБ в России.

Активные вакуумные нефтесборщики

Активные вакуумные нефтесборщики состоят из вакуумного на­соса, приемно-разделительной емкости и нефтезаборного устройства щелевого типа. Нефтесборщики приспособлены к работе в прибреж­ных зонах рек, болотах, для сбора наиболее вязких загрязнений С большим содержанием механических примесей. Наличие прием­но-разделительной емкости обеспечивает отделение нефтепродуктов иг водной фазы и их раздельную откачку. Производительность ваку­умных нефтесборщиков составляет от 30 до 40 м³/час. Для вариан­тов нефтесборщиков с плавающими нефтезаборными узлами глубина Осадки составляет от 20 до 30 мм.

11аиболее известные марки — Powervac, Mini-vac System, Delta Skimmer фирмы “Vikoma”.

Активные ершовые нефтесборщики

Для активных ершовых нефтесборщиков характерно наличие и них подвижных кольцевых ершей, выполненных из гидрофобных или готических материалов, и узла, приводящего в движение данный ерш. Узел, приводящий в движение ерш, располагают, как прави­ло, в береговой зоне или на борту судна, а ерш — непосредствен­но на поверхности воды. Вследствие этого данные нефтесборщики максимально устойчивы к воздействию волны. Нефтепродукты, сор­бируемые на поверхности ершей, поднимают с поверхности воды, отделяют от последней методом отжима или прохождением ершей через специальные кольцевые скребки. Откачку нефтепродуктов про­изводят гидравлическими или электроприводными насосами. В усло­виях непроточных технологических водоемов посредством специ­альных направляющих роликов кольцевым ершам при необходимо­сти придают горизонтальную направленность движения. При этом наряду со сбором нефтепродуктов выполняется концентрирующая функция. Производительность ершовых нефтесборщиков составляет от 1,5 до 770 м³/час. Минимальный размер погружения ершей в воду от 15 до 40 мм.

Изготавливают под марками Moppet, ОМ и Seamop фирмы
“Ro-Clean Desmi” в Дании — Великобритании и Bucket Skimmer фир-
мы “Lamor” в Финляндии.

Активные щеточные нефтесборщики

Разработку конструкций активных щеточных нефтесборщиков на сегодняшний день считают наиболее перспективным направле­нием в создании высокопроизводительных сборщиков нефтепродук­тов. Щеточные нефтесборщики “Lamor Mini Max 10”, “Lamor Mini Max 20”, “Lamor Mini Max 30” финской компании “Lamor” явля­ются легкими, портативными нефтесборщиками, предназначенны­ми для удаления нефтепродуктов в ямах, канавах, прудах, аквато­риях портов. Характерной особенностью скиммеров данного типа является наличие в них жесткощеточных дисков. Основание ще­ток выполнено из полиэтилена, а сами щетки из полипропиле­на диаметром 0,7... 1 мм. Количество щетинок в щетке дости­гает нескольких миллионов. Для очистителей щеток используется нейлон. Вес нефтесборщиков составляет 20, 80 и 120 кг соответ­ственно.

Характеристика нефтесборщика “Lamor Mini Max 20”. Гид­равлический, полностью обеспеченный собственным дизельным гидравлическим источником питания, насосом-нефтеразгрузчиком и всем необходимым вспомогательным оборудованием нефтесбор­щик. Источник питания нефтесборщика может быть использован как независимый гидравлический силовой источник, а насос — как самостоятельный мощный водонефтяной насос. “Lamor Mini Мах 20” состоит из плавающей головки скиммера, включающей три щеточных диска диаметром 550 мм. Вращающиеся со скоро­стью 0,1... 20 об/мин щеточные диски притягивают нефть под по­верхностью воды. При вращении щеточного диска вода скатывается со щетки и по тоннелю устремляется к гидроприводному винту, кото­рый создает течение по направлению к щеточному колесу, даже при работе в стационарном режиме работы. Нефть, собранная на враща­ющемся щеточном диске, стекает через слив в резервуар для нефти и перекачивается в емкости на земле. Щеточные диски могут соби­рать любую плавающую нефть, находящуюся в текучем состоянии. При этом максимальное количество водной фазы в собранной нефти не превышает 5 - 10%. Производительность по нефти 20 м³/час.

Созданные Финской компанией “LORI” щеточные цепные кон­вейеры, именуемые также кассетами со щетками, имеют, несомненно, более высокую эффективность работы в условиях сбора застаревшей, высоковязкой нефти, подвергшейся атмосферному влиянию. На ра­боту кассеты со щетками не влияют ни мусор, ни морские водорос­ли. В состав нефтесборщиков входят, как правило, по три щеточных цепных конвейера, что позволяет вести сбор нефти со скоростью 2- 4 узла. Производительность нефтесборщика “LORI LBC-З” до­стигает 140 м³/час нефти для всей системы и 46 м³/час для одной щеточной цепи.

Малогабаритная система “LORI LMS 20” весом 27 кг обеспечи­вает производительность сбора нефти до 26 м³/час.

Новые “змеевидные очистители” “Mimi Skimmer LMS” обеспе­чивают сбор дизельного топлива, керосина и других светлых нефте­продуктов.

Физико-химические методы. Сжигание

Случаи сжигания нефти в результате неконтролируемого само­произвольного возгорания или в результате возникновения аварий­ных ситуаций наблюдались со времен ее добычи. Мысль о регулиру­емом сжигании нефти на водной поверхности прямо на месте разлива возникла в результате наблюдения случаев успешного ее сгорания на суше и на ограниченной водной поверхности, в результате которо­го уменьшалось отрицательное воздействие разлива на окружающую среду.

Первое, официально запротоколированное сожжение нефти бы­ло произведено после аварии на канадском нефтепроводе на р. Мак-кензи в 1958 году. Первая попытка поджечь разлившуюся нефть на море была осуществлена в 1967 году [92].

Метод сжигания нефти обычно считают самым простым из фи­зико-химических методов удаления нефтезагрязнений. Пролитую сы­рую нефть в принципе сжечь можно. Однако поджечь разлитую нефть па поверхности моря практически невозможно. Это объясняется тем, ЧТО нефти, особенно с низкой степенью вязкости, разливаются очень быстро, толщина слоя нефти становится малой, а охлаждающее дей-с i вис воды велико, вследствие чего горение прекращается. Этому способствует также быстрая потеря нефтью легких, наиболее го­рючих фракций.

Несмотря на эти, казалось бы, прописные истины, исследования но сжиганию нефти продолжаются [165], привлекая нефтедобытчи­ков и транспортников перспективами быстрого и полного ее удале­ния. В Европе одним из первых опытов по сжиганию разлитой в море нефти явились испытания на месте аварии танкера в 1967 году у бе­регов Великобритании. Пролитую нефть пытались поджечь сбрасы­ваемыми с самолета бомбами, ракетами и другими зажигательными устройствами, но не смогли добиться положительного результата, по­скольку не было возможности локализовать расплывающееся по воде нефтяное пятно.

После создания в середине 80-х годов огнестойких боновых ограждений исследователи смогли осуществить в лабораторных условиях успешные 24-часовые опыты по сжиганию разлитой на во­де нефти. При первом испытательном сжигании нефти на открытой воде, проведенном в Норвегии в 1988 году, в течение 30 мин сожгли 2 м³ нефти, при этом остаток составил 5 %.

Опытное сжигание разлитой на воде нефти, проведенное при ликвидации последствий аварии танкера “Еххоп Vodez” вблизи по­бережья Аляски в 1989 году, охватило уже 60... 130 м³ нефти, которая сгорела за 75 мин. После этого осталось около 1 м³ густого вещества, которое легко собрали. Полнота сгорания составила 98 %. Если бы сразу, непосредственно после аварии, нефть подожгли, то, по некоторым оценкам, всего за 2 часа удалось бы сжечь до 50% разлитой из танкера нефти.

По мнению специалистов, при сжигании нефти на воде в ре­альных условиях аварийных проливов полнота сгорания снизится до 50 % из-за погодных условий и невозможности сконцентрировать в одном месте нефтяное пятно. Но и этот показатель значительно пре­вышает 10-15 % величину, характеризующую полноту сбора нефти механическими средствами.

Для осуществления процесса сжигания нефти на водной поверх­ности выработаны некоторые рекомендации:

—для поджигания свежей, легко испаряющейся нефти требуется минимальная толщина слоя 1-2 мм;

—для выветренной нефти толщина слоя должна составлять 3-5 мм;

—котельные нефтяные топлива, а также способная гореть нефтя­ная эмульсия для возгорания должны иметь толщину слоя по­рядка 10 мм;

—скорость ветра при поджигании нефти должна быть менее 11 м/с;

—содержание воды в нефтяной эмульсии не должно превышать 30%.

При сжигании нефти образуется до 10-15 % сажи. В саже не содержится каких-либо особых компонентов, и состоит она в основ­ном из несгоревшего углерода. Для уменьшения образования сажи в процессе горения фирма “Еххоп Resirch” рекомендует добавлять ферроцен. Таким способом можно до 90 % снизить образование са­жи.

Процесс сжигания нефти оказывает некоторое влияние на окру­жающую среду. Летучие органические вещества начинают испарять­ся сразу же после разлива нефти. Сжигание нефти снижает количе­ство выделяющихся в воздух веществ, и около выжженных участков разлива наблюдается более низкий уровень содержания летучих ве­ществ, чем около невыжженных. Полиароматические углеводороды при сжигании подвержены разрушению. Другие составляющие, ди­оксины и двуокись серы, содержатся в очень небольших количествах.

Дым рассеивается быстро, и его микрочастицы оказывают небольшое влияние на окружающую среду. Испытания показали, что предельно допустимая концентрация по количеству и размерам за­грязняющих частиц в воздухе соблюдается уже на расстоянии 500 м но направлению ветра. Нагревания воды при сжигании слоя нефти не происходит, если глубина слоя воды превышает 200 мм. Пробы во­ды под сожженной нефтью не содержат больше составляющих, чем обычно имеется в воде под несожженными слоями.

Наиболее приемлем метод сжигания нефти в районах крайнего Севера, где естественное разложение нефти почти не происходит.

Использование растворителей

Для очистки воды предлагают различные виды растворителей. Сущность способа удаления нефтепродуктов с помощью раствори­телей заключается в экстракции углеводородов из водной фазы, со­держащей нефтепродукты. В качестве экстрагента может быть ис­пользован, например, бензин газоконденсатного производства. Разновидностью способа удаления нефтепродуктов с использованием растворителя является метод “омагничивания” нефтепродуктов непосредственно на поверхности водной фазы путем распыления на нефтепродукт магнитной жидкости с последующим сбором нефте­продукта электромагнитным устройством. В качестве маг­нитной жидкости предлагают использовать магнетитовые жидкости на основе керосина с олеиновой кислотой в качестве ПАВ. В качестве магнетита используют материалы, полученные из железосодержа­щих промышленных отходов.

Использование детергентов

Физико-химические средства диспергирующего действия

Устранение нефтяного загрязнения с поверхности водоемов с по­мощью диспергирующих средств — одно из физико-химических направлений ликвидации последствий аварийных разливов нефти. В состав диспергирующих средств (ДС) входят неио-погенные оксиэтилированные ПАВ и растворители. Массовая до­ля растворителей в диспергирующих средствах колеблется в пре­делах 0,1- 90% (в большинстве случаев 70- 90%). В качестве растворителей могут быть использованы: — вода;

спирты — этанол, изопропапол, метанол, 2-этилгсксанол;

- ароматические алкилзамещенные углеводороды — бензол, толу­ол, этилбензол, ксилол;

- дизельное топливо и др.

Предпочтительнее использовать воду и низкомолекулярные спирты, поскольку они малотоксичны. Помимо ПАВ и растворите­лей, в состав ДС вводят различные органические добавки в виде защитных коллоидов, высокомолекулярных загустителей и неорга­нических веществ.

К недостаткам метода следует отнести сам принцип — нефть остается в водной среде. И хотя нефть, обработанная ДС, быстрее, чем необработанная, подвержена биохимическому окислению и раз­ложению, тем не менее процесс разложения нефтепродуктов доста­точно длительный.

Диспергирующие средства должны удовлетворять следующим условиям:

—ускорять процессы естественного разложения нефти за счет пе­ревода пленки нефти в капельно-диспергированное состояние;

—быть эффективными для обработки тонких пленок нефти на вод­ной поверхности;

—интенсифицировать диспергирование нефтяной пленки на кап­ли при механическом перемешивании с образованием стойкой прямой эмульсии нефти в воде;

—рассевать нефтяное загрязнение на возможно большой площади;

—обладать моющим действием и очищать от нефтяного загрязне­ния почву, растительность и др.;

—ДС должны быть технологичными и равномерно наноситься на всю площадь обрабатываемой водной поверхности с использо­ванием технических средств распыления жидкостей;

—нефтяная пленка после обработки диспергентом не должна за­грязнять берег и сооружения.

В зависимости от состава все диспергирующие средства можно подразделить на три типа: масло-, водо- и масловодорастворимые.

Из числа маслорастворимых ДС известны такие препараты, как: X 290 2С-1, “Цикл И-100” — фирмы “Дай-Ичи Коге Цеяку”; “Сноурен Е”, “Эмульсо Е-309” — фирмы “Тохо”; ИР 1100Х, “Хо-ешт-1708”, “Corexit-8667” и др. В составах ДС этого типа широко используют неионогенные оксиэтилированные СПАВ — полимер-гомологи, представляющие собой смеси молекул с различной длиной цепи, свойства которых выгодно дополняют друг друга. Из химиче­ских свойств ДС следует подчеркнуть незначительную способность этих ПАВ к образованию солей, что важно для ДС, применяемых на море. Относительно малое пенообразование и жидкая консистен­ция способствуют их широкому использованию в составах ДС. Часто в них используют смеси полиэтиленгликолевых эфиров одноатомных спиртов или полиэтиленгликолевые производные карбоновых кис­лот.

Упомянутые типы СПАВ в составы ДС входят не только в виде полимергомологов одного какого-либо типа, но и в виде композиций, составленных из СПАВ различных типов. При этом даже в маслорас­творимых средствах подбирают сочетание таких СПАВ, из которых одни более растворимы в нефти, а другие в воде.

Плотность маслорастворимых ДС ниже плотности воды, вяз­кость не более 50 мм²/с. Реагенты пожароопасны. Оптимальной рекомендуют концентрацию, начиная с 3,5% для тонких нефтяных пленок и легких нефтей и кончая неразбавленным состоянием для отдельных нефтяных пятен и тяжелых нефтей.

В состав водорастворимых ДС входят смеси ПАВ с боль­шим содержанием гидрофильных компонентов. Для обеспечения адсорбционной прочности и, как следствие, устойчивости дис­пергированной нефтяной пленки в состав водорастворимых ДС вводят добавку гидрофобных ПАВ, а в качестве сорастворите-ля используют небольшое количество малотоксичного, низкомоле­кулярного органического растворителя, например, изопропилового спирта.

В качестве водорастворимых ДС известны: “Corexit-7664”, “Но-комис”, АР837-С-03, “Берол-198”, X 290 2А и др. Из отечествен­ных — ЭПН-5 (разработчик ИО РАН). Все водорастворимые реаген­ты более разнообразны по своим физико-химическим свойствам, чем маслорастворимые. Вязкость ДС может изменяться в широком диапа­зоне от 25 до 100 мм²/с, что обусловлено, по-видимому, содержани­ем активного вещества препарата. Однако при работе с водораство­римыми ДС вязкость товарных продуктов не имеет столь большого значения, как в случае маслорастворимых, так как для достижения оптимальной вязкости водорастворимые средства разбавляют водой, тогда как маслорастворимые, как правило, не разбавляют. Реагенты рекомендуют использовать до 10% концентрации.

Водорастворимые средства взрыво- и пожаробезопасны, темпе­ратура вспышки обычно выше 100° С.

Масловодорастворимые ДС в основном представляют собой концентраты. Они являются наиболее эффективными диспергаторами нефти и их можно использовать в любых ситуациях на море. Кон­центраты перед применением разбавляют водой или органическими растворителями до 10 ... 15 % концентрации. Известно несколько та­ких средств — “Corexit-9527” (США) и отечественные препараты типа ДН (ДН-75, Диннесит, Диннесит-М и др.) [152]. Использование этих препаратов приводит к образованию мелкодисперсных эмуль­сий нефти в воде с диаметром капель нефти меньше 1 мкм. По своей эмульгирующей способности препараты являются аналогами.

Препарат ДН-75 светло-желтого цвета, обладает слабым специ­фическим запахом, имеет консистенцию средней вязкости, застывает при температуре ниже минус 10° С, взрыво- и пожаробезопасен. Рас­творим в пресной и морской воде, органических растворителях. Рас­творы не оказывают коррозионного воздействия на черные и цветные металлы, не влияют на качество лакокрасочных покрытий.

Отличительной особенностью ДН-75 является его универсаль­ность. В зависимости от условий и технологии применения его мож­но использовать в качестве диспергирующего или собирающего сред­ства. При применении ДН-75 в качестве диспергирующего сред­ства его водные растворы наносят на нефтяную пленку. При этом ДН-75 перераспределяется между нефтяной и водной фазами. ПАВ, используемые в препарате, снижают межфазное натяжение на грани­це вода-нефть до 2 мН/м. Такое межфазное натяжение обуславливает образование мелкодисперсной эмульсии нефти в воде практически спонтанно, не требуя приложения больших усилий для перемешива­ния с нефтью, создавая благоприятные условия для использования авиации для нанесения растворов ДН-75 на нефтяные поля. Диспер­гированная нефть подвергается в дальнейшем естественному биохи­мическому разложению.

Применение ДН-75 в качестве собирателя обусловлено способ­ностью при нанесении его на водную поверхность создавать прочную мономолекулярную пленку с давлением растекания до 45 мН/м, пре­вышающим давление растекания нефтей (порядка 10-20 мН/м). При использовании ДН-75 в качестве собирающего средства его сле­дует наносить строго на водную поверхность по периметру нефтя­ного пятна, оконтуривая разлив. Препарат пригоден для локализа­ции, концентрирования и удержания нефтяных пленок с толщиной