книги / Нефтяные сорбенты

в значительной степени зависит от вязкости пролитой нефти, температуры водной среды и ее турбулентности.

После разлива с нефтью происходят превращения в следу­ ющей последовательности [108].

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

2.Растекание - увеличение площади нефти на морской по­ верхности за счет положительной плавучести, поверхностного натяжения и турбулентной диффузии.

3.Испарение - физико-химический процесс, приводящий

кмассопереносу углеводородов с морской поверхности в ат­ мосферу. Это - наиважнейший исходный атмосферный про­ цесс, в результате которого все летучие фракции (легкие фрак­ ции) нефти улетучиваются в течение первых нескольких часов (дней) после разлива нефти. Другая важная роль процесса испарения заключается в изменении физических и химических свойств нефти (в частности, ее плотности, вязкости, содержа­ ния воды и т. д.).

4.Атмосферный перенос - перенос испарившихся нефте­ продуктов в атмосфере.

5.Эмульгирование, образование мусса - физико-химичес­ кий процесс формирования эмульсии типа «вода в нефти», при­ водящий к увеличению вязкости нефти. Образование эмуль­ сий приводит к существенным изменениям свойств и характе­ ристик нефти. Образование эмульсий - результат того, что по­ лярные и асфальтеновые соединения ведут себя как поверхно­ стно-активные вещества. В сырой нефти эти соединения нахо­ дятся в стабилизированной форме за счет естественных арома­ тических соединений нефти. По мере того как эти растворите­ ли истощаются под влиянием атмосферных воздействий, асфаль­ тены начинают выпадать в осадок. Выпавшие в осадок асфаль­ тены уменьшают поверхностное натяжение на поверхности раз­ дела вода-нефть и инициируют процесс эмульгирования.

6.Проникновение нефти в водную толщу (диспергирова­ ние) - перенос нефти с морской поверхности в водную толщу, вызванный образованием эмульсии типа «нефть в воде». Дис­

пергирование представляет собой физический процесс, при ко­ тором макроскопические сферические частицы нефти перено­ сятся с морской поверхности в толщу воды вследствие разру­ шения ее волнами. Диспергированная нефть в виде глобул раз­ ного размера распространяется и диффундирует в толщу воды. На стабильность диспергирования влияют такие факторы, как размеры капель, их плавучесть и турбулентность. Основными источниками энергии диспергирования являются разрушающи­ еся волны, образующиеся под действием ветра на поверхности моря.

7. Растворение - сложный физико-химический процесс, в ре­ зультате которого часть массы нефти из пленочной или капель­ ной 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 углеводоро­ дов кислородом воздуха с образованием полярных компонентов.

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

8.Фотоокисление —трансформация нефтяных углеводо­ родов под действием солнечного света.

9.Биодеградация - уменьшение массы нефти в водной тол­ ще за счет действия микроорганизмов. Биодеградация или био­ деструкция - это биохимический процесс, изменяющий или пре­ вращающий углеводороды нефти благодаря жизнедеятельнос­ ти микроорганизмов и (или) поглощающих и удерживающий их внутри микроорганизмов.

10.Погружение нефти в воду и осаждение ее на дно проис­ ходит за счет увеличения плотности нефти из-за процессов вы­ ветривания или вследствие захвата нефтяных капель микроор­ ганизмами. В результате осаждения на морском дне образуют­ ся отложения адсорбированных частиц нефтяных осадков.

11.Взаимодействие с берегом происходит за счет переноса нефти в направлении берега и вследствие атмосферного пере­ носа испарившейся нефти.

12.Взаимодействие со льдом - перенос и выветривание нефти в условиях замерзающего, тающего и движущегося ледо­ вого покрова.

2 .2 .2, Принудительная ликвидация нефтеэагрязнений

Как уже было отмечено, основополагающими методами борьбы с загрязнениями водной поверхности являются, в ос­ новном, четыре способа: механический, осуществляемый с по­ мощью всевозможных конструкций и устройств для сбора не­ фти; физико-химический, основанный на использовании физи­ ко-химических явлений; биологический - с помощью микро­ биологических культур и фотохимический, проходящий под действием солнечного света и катализаторов.

Механические методы, в свою очередь, можно условно раз­ делить 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 пер­ вой группы, связана с тем, что обычно проводят две операции. Первая - распределение адсорбирующего материала по пла­ вающей поверхности, вторая - удаление этого материала и пос­ ледующее его сжигание или извлечение из него нефти. Сорбен­ ты из пенообразующих материалов чрезвычайно легки, поэтому рассеивать их на большой площади открытого водоема и вод­ ной поверхности открытого моря чрезвычайно трудно, так же как и собирать их, поскольку, даже насыщенные нефтью, они обладают огромной парусностью и способны быстро передви­ гаться под действием ветров и течений. Это значительно огра­ ничивает возможность применения подобных материалов.

При использовании методов, погружающих нефть на дно, применяют вещества, которые физически являются адсорбен­

тами и абсорбентами. Известна многочисленная группа различ­ ных нейтральных порошков [64], состоящих из природных ком­ понентов донных осадков, к которым прибавляются активиро­ ванный кремнезем или естественный меловой порошок. Име­ ются данные, указывающие на положительные опыты по по­ гружению нефти на дно с помощью лигниновой и тальковой пыли, химически обработанного песка. При этом необходимо, чтобы материал прочно фиксировал нефть и не давал бы ей возможности всплыть.

Однако многочисленные эксперименты показали, что даже че­ рез несколько месяцев после затопления масса нефти остается еще подвижной и при волнении может подниматься на поверхность.

Один из методов ликвидации разлитой нефти с поверхнос­ ти воды [156] предусматривает нанесение на нее диатомитовой земли при соотношении объемов земли и нефти от 3 :1 до 1 1. При этом образующийся глинообразный материал быстро осе­ дает на дно. Смесь диатомитовой земли с сеном, соломой, тор­ фом в сочетании с адсорбированной нефтью удерживается на водной поверхности в течение недели.

Применение потопляющих агентов, на первый взгляд, за­ манчиво тем, что операцию проводят в один прием и можно в течение нескольких минут освободить водную поверхность моря от плавающей нефти. Однако соединения, обладающие боль­ шой впитывающей способностью, имеют ограниченную плаву­ честь. Соединения же, имеющие длительную плавучесть, обла­ дают пониженной впитывающей способностью.

С биологической точки зрения только первая группа мето­ дов, предполагающая сбор и удаление нефти с поверхности с последующей утилизацией или уничтожением на берегу, мо­ жет 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, окис­ ление нефти происходит крайне медленно и при этом возмож­ но газообразование, которое способствует поднятию нефтяных остатков вновь к поверхности.

Боновые заграж дения для локализации аварийных раз­ ливов нефти и нефтепродуктов

К наиболее простым методам борьбы с загрязнением вод­ ной поверхности нефтепродуктами относится способ локализа­ ции разлива с помощью плавучих боновых заграждений. Кон­ струкции 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 ис­ пользованы водные струи воды, обеспечивающие формирова­ ние нефтяного пятна от периферии к центру. Однако данные способы являются мерой временной, способной только предот­ вратить растекание нефти до прибытия основной техники, обес­ печивающей сбор разлитой нефти.

В настоящее время отечественной и зарубежной промыш­ ленностью [107] для локализации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов выпускается свыше 200 разновидностей боно­ вых заграждений. Такое многообразие нефтеудерживающих бонов вызвано различием технологических задач, решаемых с использованием данного оборудования, а также ландшафтны­ ми и климатическими условиями их применения. Выпускае­ мые промышленностью боны различаются формой, внутренним устройством, конструкционными материалами, размерами, тех­ ническими параметрами и технологическим назначением, це­ ной. Для того чтобы осуществить выбор оптимальной конст­ рукции боновых заграждений, необходимо исходить из конк­ ретной технологической задачи, стоящей перед предприятием.

Из всего многообразия боновых заграждений можно выде­ лить 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 поверхностью с грузами в ее нижней части и поплавками, крепящимися одно­ сторонне (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. Н еф ­ теудерживающие секции состоят из нефтеулавливающих плас­ тин, выполненных из высокопрочных полимерных материалов (полиэтилена, полихлорвинила, полиуретана и др.). Общая вы­ сота секций может варьироваться от 300 до 1000 мм.

Для обеспечения вертикального расположения бон и их пла­ вучести к верхней части секций нефтеулавливающих пластин крепятся пустотелые или выполненные из вспененных матери­ алов, покрытые пластмассой поплавки, к нижней части иефтеудерживающих пластин - балластные грузы, выполненные в виде гальванизированных или оцинкованных металлических блоков.

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

В России боны данной группы выпускаются под марками: «Рубеж-50» — ООО «Экосервиснефтегаз»; боны постоянной плавучести — ОАО «Ярославрезинотехника». За рубежом наи­ более известны: «Cube boom» — «Global Spill Control», Австра­ лия; «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 относи­ тельно поверхности воды, с расположенными между ними мяг­ кими межпоплавковыми пространствами. Это позволяет фор­ мировать 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 поли­ уретаном и др.) исполнении. Поплавковые камеры жестких бо­ нов заполнены воздухом и имеют газоспускные клапаны. В мяг­ ких боновых заграждениях поплавки квадратной или прямоу­

гольной формы заполнены вспененным материалом (пенопласт, полиэтилен, фиброгласс и др.).

Балласт выполнен из оцинкованных или оксидированных цепей.

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

Щитовые боны известны под марками: «Барьер-П» — ООО

«Экосервиснефтегаз», Россия; Боны ПП — ТО «Северное море», Россия; «Fence Boom» — «Global Spill Control», Австралия; «M aximax» — «Elastek American M arine», Д ания-С Ш А ; «Troilboom GP-S» — RO-Clean Desmi, Дания.

Трубчатые боны

Трубчатые боны имеют объёмные, расположенные горизон­ тально относительно поверхности воды, поплавковые камеры, в сечении имеющие форму круга, прямоугольника, ромба. Боны данного типа образуют нефтеудерживающий барьер с повышен­ ной устойчивостью в потоке к волновому и ветровому воздей­ ствию.

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

Трубчатые боны рекомендуются к применению в откры­ тых акваториях рек, водохранилищ, озер и морей, для исполь­ зования их в качестве удерживающих. Возможно также исполь­ зование их и в качестве концентрирующих и берегозащитных.

И звестная финская компания «Lamop» (Lamop Coiporation Ab) производит три вида надувных бон. Ультралег­ кие боны изготавливаются из полипропилена, защищенного от уль­ трафиолетовых лучей, и выдерживают на разрыв 19,6 кН. Легкие нефтеограждающие боны « Lamor Light 500, Lamor Light 750, Lamor Light 100» выполнены из PVC/нитрила с нанесенным полиэтиле­ новым покрытием, устойчивым к нефти и солнечному свету. Тя­ желые нефтеограждающие 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 надеж­ ности довольно высокие. Изготавливаются из двух слоев синтети­ ческой ткани, завулканизированной между тремя слоями резины, устойчивой к воздействию нефтепродуктов. Соединительные сек­ ции, ребра жесткости, балластные стальные пластины и троса обес­ печивают работоспособность бон на волне до 3 метров, скорости ветра до 20 м/сек и течении до 3 узлов.

В России трубчатые боны производятся под следующими марками: боны металлические «ДУ 500» — ОАО АК «Транс­ нефть», «БИПП-3683» - ВРЦАЭО, «С-600» - ЦБПО ОАО «Приволжские МН»; «БЗ-10» — ТОО «Лессорб», «Барьер» —

ООО «Экосервиснефтегаз», «БНУ» — ЭПТЦ М НИИЭКО ТЭК, надувные боны — ТОО «Северное море», «УЖ-2М» — ТОО НПП «Нефтетранстехника», боновые заграждения (речной ва­ риант) — ОАО «Ярославрезинотехника».

За рубежом выпускаются под марками: «Curtain Boom», «Barrel-O-Boom», «Hi-Seas», «Mini Air Boom» — «Global Spill Control», Австралия; «Hi Sprint» — «Vikoma» (V ikom a International Ltd), Великобритания; «RO-Sweep», «RO-Boom» — «RO-Clean Desmi», Дания; «Super Swamp Boom», «Mini Max», «Simplex», «Opti Max», «Maxi Max», «Super Max», «Air Max» — «Elastec American Marine», Дания-СШ А; «Inflatable Booms» — «Oil Stop LLC», США.

Многотрубчатые боны

Многотрубчатые боны отличаются тем, что нижняя часть секций выполнена в виде одной или двух мягких пустотелых секций, заполняемых при эксплуатации водой. Вследствие это­ го боны получили название «гидробалластные».

Для бонов данного класса характерна мягкая оболочка, вы­ полненная из полимерно- (резино-) тканевых материалов, об­ разующих две-три камеры. Верхние камеры, являющиеся по­ плавковыми, заполняются воздухом через клапан (востребован­ ная плавучесть) или легким вспененным материалом (постоян­ ная плавучесть), а нижние, гидробалластные камеры, заполня­ ются водой через гидроклапан.

Технологической особенностью данного класса бонов яв­ ляется их повышенная устойчивость к воздействию волн и вет­ ра. Эффективное применение многотрубчатых бонов возможно при волнении водной поверхности до 5 баллов и скорости вет­ ра до 25 м/сек при их сравнительно небольшом весе, составля­ ющем 1,1...5,4 кг/м3.

Данная группа боновых заграждений является земновод­ ной, 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 М НИИЭКО ТЭК - «БНУ-400УП», «БНУ-600УП», «БНУ-800УП». За ру­ бежом 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», Да- ния-СШ А — «Tundra Guard Boom», «Tidal Barrier Boom».

Следует отметить, что часть трубчатых и многотрубчатых бон предназначена для реализации сорбционного и сорбционно-меха­ нического способа локализации аварийных разливов нефти и неф­ тепродуктов. Сорбционные боновые системы отличаются от вы­ шеописанных бонов наличием у них сетчатой или ячеистой на­ ружной оболочки, способной пропускать через свою поверхность нефтяные загрязнения, и присутствием внутри бонов абсорбен­ тов, обладающих высокой поглотительной способностью.

В качестве сорбентов, в основном, применяются волокнис­ тые материалы, изготовленные на основе природных сфагно­ вых мхов, хлопка, целлюлозного волокна, шерстяного волокна, полипропиленового волокна и др. Отсутствие у данных бонов силовых элементов определяет невысокий уровень их прочнос­ тных характеристик. Данные боны легкие. Масса одного погон­ ного метра составляет от 0,2 до 7,2 кг. Длина стандартных сек­ ций бонов составляет от 1,2 до 10,0 м. Соединение секций меж­ ду собой осуществляется путем связывания концов бонов. Сор­ бционная емкость данных бонов составляет от 2,8 до 50,0 кг/п. м.

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

К сорбционным бонам относятся: Россия — БСС-10, БС-3, Б С-5, МБС-1,5, МБС-3 - «Лессорб»; БС-90 - ЭПТЦ М НИИ - ЭКО ТЭК; БИПП-С - ВРЦАЭО, Россия; 3 М-270, МВ 4 - «Abzorbit», США; Е 510 — «Alphasource», США; Skore Boom - «Elastec Inc./American marine Inc.», США; OWB 5 — «Arcus Absorbents», Канада.

Огнестойкие боновые заграж дения

Локализация и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на водоемах очень часто осуществляются в ус­ ловиях, при которых опасность возникновения возгорания нефтезагрязнений очень высока. Особенно это касается аварийных разливов сырой нефти и нефтепродуктов с большим содержа­ нием легколетучих фракций. Для этих целей разработаны огне­ стойкие боны, которые могут осуществлять свои технологичес­ кие функции в условиях прямого контакта с горящей нефтью.

Сравнительная характеристика огнестойких боновых заг­ раждений, выпускаемых за рубежом и в России, приведена в табл. 2 .2 .

Таблица 2.2 Сравнительная характеристика огнестойких боновых заграждений [ 106]