Способы ликвидации нефтяного загрязнения

Методы ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов

Аварии на объектах ТЭК имеют катастрофические последствия для окружающей среды. В России «внештатные» утечки углеводородов происходят с незавидной регулярностью. Если суммировать весь ущерб от разливов нефти хотя бы за 2020 год, получатся огромные цифры.

Самоочищение водоёмов от нефтяного загрязнения – длительный процесс. Поэтому на ЧП нужно реагировать максимально оперативно, чётко следуя плану ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов.

Нефть имеет свойство быстро расползаться по поверхности водоёма, увеличивая площадь загрязнения. К тому же, при попадании в воду запускаются процессы испарения, растворения, эмульгирования и осаждения на дно.

Скорость рассеивания зависит от объёмов утечки, скорости ветра, температурных и прочих условий в море. Решающим фактором является плотность загрязняющего вещества.

Лёгкое нефтяное сырьё в «комфортной среде» рассеивается по водоёму естественным образом за 2-5 дней, лёгкие продукты переработки – и вовсе за 1-2 дня. Углеводороды повышенной плотности держатся «держатся на плаву» более 10 дней, но с течением времени тоже начинают расползаться.

Первым делом загрязнённый участок изолируют заградительными бонами, чтобы не допустить распространения пятна на бо́льшие площади. Только после этого начинается сбор вещества – механическим, физико-химическим, термическим или биологическим методом.

Механический метод

Механический сбор углеводородов – самый популярный и действенный метод экстренной ликвидации аварии. Его суть заключается в следующем: в ограждённую бонами зону запускается специальное оборудование – скиммеры.

Существует множество видов нефтесборщиков, их выбор зависит от того, где и в каких условиях он будет использоваться: в открытом море, защищённых от волнения водах, на суше и т. д.

В зависимости от своего типа скиммеры собирают «чёрное золото» разными способами.

Олеофильный скиммер. Такие системы укомплектованы материалами, которые собирают вещество и отталкивают воду. Это могут быть диски, ленты или щётки, на которые при вращении налипают углеводороды.

Скиммер с пороговыми отверстиями. В устройстве находится преграда, опущенная на глубину немного ниже нефтяного слоя. Смесь проходит через пороговое отверстие в ёмкость агрегата, где отделяется от воды.

Скиммеры циклонного типа. В таком оборудовании искусственно создаётся водоворот, который в центральной части сопровождается понижением уровня. Здесь и происходит выкачивание загрязнений.

Вакуумный метод. Скиммер оснащён вакуумным насосом, с помощью которого засасывает нефтяную плёнку вместе с водой. Смесь отстаивается в резервуаре, загрязнитель направляется в специальные баки, а вода откачивается обратно в водоём.

Физико-химический метод

При некоторых разливах нет возможности использовать нефтесборные устройства и другие плавучие средства. Например, авария произошла на малых глубинах или ограниченных площадях. В таком случае на помощь приходит физико-химический метод – другими словами, к сбору углеводородных соединений привлекают сорбенты и диспергенты.

Их распыление производится с судов, вертолётов и самолётов. При использовании крупных воздушных судов поверхность нефтяного пятна можно обработать в десятки раз быстрее, чем при использовании даже самых высокопроизводительных скиммеров.

В широком смысле сорбенты – это химические вещества, которые выборочно поглощают из внешней среды нужный элемент. Применительно к аварийным утечкам, они распыляются по поверхности загрязнения и «впитывают» углеводороды.

Для нейтрализации разливов используют и природные, и синтетические сорбенты. К природным относят торф, опилки, солому, мох, вермикулит и т. д. В своём исходном состоянии они недостаточно эффективно собирают нефть, поэтому предварительно подвергаются специальной обработке.

Более действенны при борьбе с разливами синтетические сорбенты – полипропилен, поролон, синтепон, каучуковая крошка и др. Они характеризуются более высокой нефтепоглощающей способностью, термостойкостью, высокой устойчивостью к химическим и физическим воздействиям.

Диспергенты превращают нефтяную плёнку в водорастворимую эмульсию, состоящую из мелких капель, взвешенных в толще воды. Их распыление в загрязнённой зоне ускоряет естественный процесс биологического разложения вещества.

В состав диспергентов входят растворители, ПАВы, стабилизаторы образующейся эмульсии и различные добавки синтетического происхождения. При крупных разливах они могут только усугубить ситуацию, поэтому применение диспергентов возможно только с разрешения контролирующих органов.

Термический метод

Основан на выжигании поверхностного слоя загрязнения. Его применение возможно непосредственно после утечки токсичного вещества в водоём, ещё до смешения с водой. Кроме того, зона ЧП должна находится на безопасном расстоянии по направлению ветра, а толщина плёнки должна превышать 3 мм.

При выжигании «чёрного золота» в море нужно соблюдать ещё несколько правил. Скорость ветра во время операции не должна превышать 35 км/ч. Под воздействием воздушных масс плёночный слой постоянно перемещается, а при быстрых скоростях гораздо труднее контролировать процесс горения.

Также при термическом способе необходимо устанавливать специальные боновые заграждения огнеупорного типа.

У этого способа есть большие минусы, и по большей части они затрагивают экологический вопрос. Во-первых, нужно применять дополнительные меры пожарной безопасности. Во-вторых, возникает угроза повторного возгорания. В-третьих, при сгорании сырья в атмосферу попадают стойкие канцерогенные вещества.

Биологический метод

Используется в качестве дополнительного инструмента на заключительном этапе мероприятий по ликвидации аварии.

Для более полной очистки в поражённой зоне запускают специальные бактерии или грибки, которые утилизируют оставшиеся углеводородные соединения.

Микроорганизмы способствуют разложению углеводородной массы на простые соединения. Как правило, их применяют для очистки плёнок толщиной не более 1 мм.

Данный способ абсолютно безвреден для окружающей среды, при этом большинство технологий биологической очистки дёшевы и не особо трудоёмки.

Разделение вышеперечисленных способов весьма условно. На практике при ЧП мобилизуют все силы, комбинируя способы для скорейшего устранения аварии.

Учёные продолжают придумывать новые способы борьбы с утечками. Однако мировой опыт показывает, что последствия аварий в полной мере устранить невозможно. Какая-то часть углеводородов всё равно остаётся в воде, оседает на дне морей и океанов, отравляя их десятилетиями.

Источник

Добыча нефти и газа

Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!

Способы борьбы с нефтезагрязнением водных объектов

В настоящее время применяют следующие методы ликвидации нефтяных загрязнений водных объектов:

Механические методы удаления нефти

К ним относятся различные методы сбора нефти с водной поверхности, начиная от ручного вычерпывания нефти до машинных комплексов нефтемусоросборщиков.

Первоначально должно быть осуществлено концентрирование и ограждение находящейся на водной поверхности нефти при помощи плавающих бонов.

Конструкция бонового заграждения состоит из плавучей, экранирующей и балластной частей. Плавучая часть может быть выделена в виде отдельных поплавков (1) прямоугольного или круглого сечения.

Экранирующая часть представляет собой гибкую или жесткую пластину (2), присоединенную к плавучей части бона и нагруженную для придания устойчивости балластной цепью, трубой или растяжками (3).

Предлагается устраивать заграждение подводного типа в виде пневматического барьера, принцип работы которого заключается в создании препятствий на поверхности воды при непрерывной подаче воздуха через перфорированную трубу, уложенную на дно водоема под определенныи углом к направлению течения.

В Канаде общество по борьбе с пролитой нефтью и служба охраны окружающей среды предложила испытать дивертор воздушных пузырьков, когда насосы и скорость течения делают невозможным испытание плавучих бонов. Дивертор представляет собой стальную оцинкованную трубу диаметром 6 см, перфорированную, состоит из звеньев. Собирается на берегу и укладывается с помощью лебедки на дно реки под углом 15-30 o к течению Через перфорацию компрессором подается сжатый воздух. За счет расположения дивертора под углом нефть клином направляется к берегу, где она может быть собрана ковшом.

Максимальная длина 134м, якорь не требуется.

Во ВНИИСПТнефти (ИПТЭР) разработан и испытан образец устройства для сбора нефти с поверхности воды при аварийных разливах на подводных переходах магистральных нефтепроводов через судоходные реки. Принцип работы – эффект вихревой воронки. Испытания на р.Белой показали, что производительность нефтесборщика по нефти зависит от толщины пленки плавающей нефти и при толщине 3,5 мм составляет 30 м 3 /ч. Чем больше толщина пленки, тем больше производительность.

Один из запатентованных методов США предлагает использовать транспортер, установленный на плавучей платформе, нижняя часть движущейся ленты которого погружена в воду. При движении ленты через поверхность раздела вода – воздух нефть прилипает к ней и переносится вверх, где снимается с ленты специальным очистителем и переносится в накопитель. Для увеличения захвата нефти лента покрыта специальным волокнистым материалом.

В бывшем СССР предложено устройство следующей конструкции: в конце длинной фермы с емкостями на концах для плавучести, установлен сепаратор. С помощью направляющих эхранов нефть подается к сепаратору, откуда загрязненная вода и нефть поступают в специальные емкости.

Большое число методов и устройств предлагается для удаления нефти с больших акваторий (реки, моря). Зарубежные специалисты, например, французские, запатентовали устройство для обработки верхнего слоя жидкости, представляющей собой плоскодонное судно длиной 70 м, шириной 20 м, высотой 6 м и осадка – 4 м. В носовой части корпуса (на высоте воды) расположены отверстия для забора загрязненной нефтью воды, которая поступает в центральный отсек (внутри судна), где разделяется на нефть и воду.

Производительность такого типа устройств высокая: 150 т/ч, существует и более высокая производительность – до 6000 м 3 /ч.

Физико-химические методы удаления нефти

К ним следует отнести, в первую очередь, применение адсорбирующих материалов: пенополиуретан, угольная пыль, резиновая крошка, древесные опилки, пемза, торф, торфяной мох и т.п.

Губчатый материал из полиуретановой пены хорошо впитывает нефть и продолжает плавать после адсорбции. По расчетным данным 1 м 3 полиуретанового пенопласта может адсорбировать с поверхности воды приблизительно 700 кг нефти.

Адсорбенты органического и неорганического происхождения перед применением могут гранулироваться (порошкообразные) и пропитываться гидрофобизаторами.

Технология применения заключается в распылении их на нефтяную пленку.

Перспективно применение гранулированных адсорбентов и жидкостей, обладающих магнитными свойствами, которые после адсорбции нефти легко удаляются магнитом.

Американская фирма разработала технологию применения для сбора нефти магнитной жидкостью , придающей нефти магнитные свойства и позволяющая убирать ее даже в виде тонких пленок. Но есть проблемы, так как подобные реагенты в основном токсичны. Кроме того, возникают трудности с равномерным рассеиванием гранул на загрязненной водной поверхности, особенно в ветреную погоду.

Для удаления нефти возможно применение минерального сырья – в частности перлитового. При термообработке при 600-1000 o С перлитовое сырье вспучивается. Для гидрофобизации на нем создается тонкая пленка парафинполимерной смеси. Нефтепоглощение: у необработанного перлита 0,52; после обработки – 0,64-0,7 г/г перлита. Попадая на поверхность воды, материал адсорбирует нефть и образует густую плотную массу, удобную для сбора обычными средствами ( в том числе частыми траловыми сетями).

Патент Канады предусматривает сбор разлитой по поверхности воды нефти с помощью диатомовой земли при соотношении объемов земли и нефти от 3:1 до 1:1. Образующийся глинообразный материал опускается на дно водоема. Смесь диатомной земли с сеном, соломой, торфом в сочетании с адсорбированной нефтью плавает на поверхности не меньше недели.

Химические методы удаления разливов нефти

Удаление нефти с помощью химических соединений – детергентов – нашло применение при разливах нефти на море.

К детергентам относятся растворители и ПАВ, способствующие образованию эмульсий. Наибольшее число этих соединений относится к алкилбензолсульфонатам Na, которые отличаются по длине углеводородной цепи, связанной с бензольнымм кольцом. Следует отметить, что токсичность детергентов для морских организмов часто выше, чем самой нефти и поражающее действие нефтяного загрязнения на гидробионты может быть только усилено.

Эстонские авторы предлагают испытать модифицированный термообработкой торф. Им наполняют пористые капроновые боны, что значительно упрощает технологию сбора и удаления нефтепродукта с поверхности воды.

Немцы (ФРГ) для связывания нефти в нефтевоздушные суспензии предлагают испытать высокодисперсную аморфную гидрофобную кремнекислоту – силикагель – сорбент для нефти.

Микробиологическое разложение нефти

Это перспективное направление предотвращения загрязнения водоемов нефтепродуктами. Для некоторых бактерий нефть является питательной средой. Микробиологическая активность в большей степени зависит от температуры: скорость микробиологических процессов удваивается при увеличении температуры на 10 о С. На развитие микроорганизмов большое влияние оказывает содержание высоколетучих алифатических компонентов нефти. Введение в воду незначительных количеств нитратов и фосфатов увеличивает степень разрушения нефти на 70%.ю

Число органических соединений, используемых микроорганизмами в качестве источников углерода очень велико. Можно считать, что для каждого углеводородного соединения, существующие микроорганизмы способны его разложить.

Оценка степени загрязненности почв и методы их очистки разработаны гораздо слабее, чем для воды.

Механическая очистка почв и вод считается трудоемкой, связана со значительными экономическими затратами. По имеющимся, хотя и немногочисленным данным, перспективными могут оказаться микробиологические методы.

Испытания по биологической очистке старых нефтяных амбаров в округе Санта-Барбара (США): объем амбара 1110 м 3 . В течение 6 месяцев бактерии переработали 525 м 3 нефти, а вся – оказалась разрушенной. На переработку 1 м 3 материала в амбаре израсходовано 1,25 долларов.

Кавказским отделом гидрогеологии и водных ресурсов предложено создавать биологические пруды, обладающие повышенной самоочищающей способностью по отношению к нефтепродукту. Биопруд состоит из двух каскадов плотин, построенных в местах сточных вод. Верхний каскад пруда задерживает механические примеси и крупные частицы, а в нижнем каскаде происходит очистка от нефти и солей. Уровень воды в пруду на втором каскаде поддерживается на заданном уровне. Вода задерживается на десятки часов для микробиологического очищения. Иловые отложения (микроорганизмы) и мелководье создают благоприятные условия для роста камыша, осоки, то есть тех растений, которые потребляют неорганические ионы и способствуют развитию нефтеокисляющих бактерий.

Таким образом, существуют много методов и средств для ликвидаций нефтезагрязнения объектов природной среды. Но их выбор в каждом конкретном случае индивидуален в зависимости от природных и климатических условий.

Остановимся на вопросе сбора плавающей нефти с поверхности шламового амбара и нейтрализации ее вредного воздействия на компоненты природной среды.

Согласно выборочным обследованиям – количество плавающей нефти составляет от 50-60 кг до 10-12 т.

Нефть поступает в шламовые амбары 1) с буровыми растворами, в которые специально вводится как противоприхватная добавка; 2) с БСВ – от обмыва штоков буровых насосов, мытья полов в дизельном блоке и т.д.

В ряде случаев такая нефть содержит преимущественно легкие фракции углеводородов (Зап.Сибирь), а в некоторых местах (Узбекнефть, Белоруснефть, Краснодарнефтегаз) она может быть представлена тяжелыми смолистыми фракциями. В Западной Сибири, Татарии, Башкирии и др. практикуют откачку такой плавающей нефти в действующий нефтепромысловый коллектор. Однако откачка нефти с высоким содержанием смолистых и гудроновых фракций не эффективна и большая часть ее остается в амбарах.

Рассмотренные методы удаления нефти с водных поверхностей показали, что наиболее эффективными средствами являются физико-химическая сорбция и микробиологическое разложение. Эти методы наиболее перспективны для борьбы с нефтяными загрязнениями окружающей среды при строительстве скважин.

Перспективным является совмещение в одном материале способности физико-химической сорбции нефти и ее биодеструкции под действием микробиологического фактора компонентов природной среды.

Наиболее доступным и практичным целесообразно считать такой способ удаления нефтезагрязнения, при котором обеспечивается сбор плавающей нефти с помощью нефтесорбента и последующее захоронение такой массы непосредственно в шламовом амбаре или на специальных земельных участках с последующим ее биоразложением почвенными микроорганизмами. Для этого следует создать условия, которые обеспечат активизацию в почвенной среде природных нефтеокисляющих микроорганизмов. В первую очередь это (активизация) достигается путем создания в почве оптимального содержания биогенных элементов: Nи P. Этим и обусловлен поиск биостимуляторов, входящих в состав нефтесорбентов.

Главным требованием к материалам, сорбирующим углеводороды нефти, является наличие высокоразвитой пористой структуры с гидрофобной поверхностью. Таким требованиям в полной мере отвечают новые нефтесорбенты, полученные на основе продуктов пиролиза отходов древесины, в частности технической щепы, шпона, опилок мягких пород древесины.

При пиролизе отходов такой древесины образуется порошок с размерами частиц 0,3-0.7 мм. Называется сорбент «Илокор».

Сорбционная емкость 8-8,8 г/г сорбента.

Удельная поверхность 2840-3660 м 2 /г.

Плотность 0,82-0,87 г/см 3 .

Материал экологически чистый, не оказывает отрицательного влияния на биологические объекты.

Вторая модификация «Эколан».

Технология сбора плавающей нефти с водных поверхностей

Необходимые технические средства:

— для ограждения загрязненных участков акваторий и локализации разливов нефти;

— для сбора плавающей на поверхности воды нефти;

— для удаления, утилизации или уничтожения собранных загрязненных веществ.

Технология применения нефтесорбента ЭКОЛАН для ликвидации нефтяного загрязнения водных поверхностей амбаров.

Сущность: нефтесорбент наносится на слой плавающей нефти.

Технические средства нанесения: могут быть использованы вентиляционные установки.

Сорбент обладает высокой плавучестью, не тонет и при адсорбции нефти, не смачивается водой. Нефть с нефтесорбентом может легко удаляться с водной поверхности механическим путем (может быть черпак или специальный сепаратор).

при распылении сорбента в неблагоприятных условиях часть его выносится за пределы зоны очистки;

сорбент из-за низкой плотности плохо проникает в толщу нефтезагрязения и при большой толщине нефтяного слоя коэффициент использования сорбента резко снижается.

Указанные недостатки можно преодолеть путем подачи сорбента в зону очистки из-под воды, а распыление сорбента можно осуществить напорным водным потоком.

Источник