ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА МАЛЫХ РЕК ПРИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВАХ НЕФТИ

Обеспечение экологической безопасности при транспортировке нефти и нефтепродуктов является первостепенной задачей работы магистральных нефтепроводов. Нарушение технологического режима на предприятиях нефтяной отрасли приводит к серьезным авариям, в результате которых происходит интенсивное загрязнение природной среды. Разливы нефти и нефтепродуктов представляют значительную опасность, обуславливая большие экономические потери, приводя к ухудшению экологической обстановки, влияя на состояние здоровья людей. Весьма опасными являются аварийные ситуации, связанные с порывами нефтепровода и попаданием нефти в малые реки. Для минимизации негативного воздействия в малых реках существует множество технологий, в том числе сооружение барьеров, дамб, гидрозатворов, выжигание пленочных нефтяных углеводородов, использование нефтесборщиков, применение диспергентов и сорбентов.

В водных объектах нефть может находиться в различных формах – в виде эмульсии, растворенной и в виде пленки. При спокойном течении реки на поверхности воды образуется пленка, при бурном – водонефтяная эмульсия, это наиболее опасная форма присутствия нефти в воде [2].

Чтобы обеспечить расслоение водонефтяной эмульсии необходимо в русле реки соорудить временные котлованы с водоперепускными дамбами [2, 3].

Необходимое количество труб, уложенных в теле дамбы, а также размеры котлованов рассчитываются в зависимости от времени расслоения водонефтяной эмульсии. В каждой конкретной ситуации время расслоения уточняется экспериментально путем создания эмульсии «нефть:вода» в делительной воронке. Использование этого параметра позволяет более корректно определить число котлованов.

В большинстве случаев создается каскад котлованов для перевода эмульгированной нефти в пленочную. Отслоившуюся нефть в первом котловане откачивают при помощи нефтесборщиков и вакуумных насосов. Применение такого метода целесообразно только при толщине пленки более 1 мм. Для более глубокой очистки воды от нефтяного загрязнения можно использовать различные сорбенты. После проведенного литературного обзора выбрано два наиболее эффективных сорбента: синтетического (поролон) и природного (торф) происхождения. Однако существенным недостатком сорбентов синтетического происхождения является их неэкологичность и сложность утилизации. Для повышения плавучести и нефтеемкости таких сорбентов используют гидрофобизацию, при которой используются легковоспламеняющиеся растворители, повышающие пожаровзрывоопасность процессов.  Также существенным недостатком является сток части сорбированных нефтепродуктов (в некоторых случаях до 60–70 %) при извлечении сорбента с поверхности воды [1]. В связи с вышеизложенным выбран наиболее перспективный сорбент природного происхождения – торф. Чтобы оценить эффективность данного сорбента, проведена серия экспериментов в лабораторных условиях.

Разлив нефтепродуктов имитировали путем нанесения пятна нефтепродуктов на поверхность воды. Для этого в стаканы наливали по 50 мл дистиллированной воды и добавляли по 0,5 и 1,5 мл нефти, что соответствует концентрации нефтепродуктов в воде 414 и 1176 мг/л соответственно. Торф предварительно высушили при t = 105°С в течение 24 ч. Сухой торф в количестве по 0,1 и 0,3 г равномерно наносили на поверхность пятна и оставляли на 0,5, 1, 2 и 3 часа в каждом опыте. Очистка растворов от частичек сорбента проводилась при помощи бумажных фильтров «белая лента». Число опытов на всех этапах в каждой серии n=5. Массовую концентрацию нефтепродуктов в отфильтрованной воде определяли до и после внесения торфа методом ИК-спектроскопии на приборе КН-2.

На рисунке 1 представлены результаты эксперимента при начальной концентрации нефтепродуктов в воде 414 мг/л.

Рисунок 1. Массовая концентрация нефтепродуктов

Как видно из графика, при внесении 0,1 г торфа содержание нефтепродуктов в воде варьируется от 0,51 до 0,24 мг/л. При внесении 0,3 г торфа – от 0,29 до 0,11 мг/л.

На рисунке 2 представлены результаты эксперимента с начальной концентрацией нефтепродуктов в воде 1176 мг/л.

Рисунок 2. Массовая концентрация нефтепродуктов

Содержание нефтепродуктов в воде снижается до 0,36 мг/л при внесении 0,1 г торфа и до 0,21 мг/л при внесении 0,3 г торфа.

Результаты лабораторного исследования показывают, что эффективность сбора нефтяной пленки с поверхности воды достигает 99,8% уже в первые 30 минут контакта торфа с нефтяным пятном.

Основными достоинствами использования торфа в качестве сорбента является высокая плавучесть, легкость нанесения на поверхность загрязнения, дешевизна, доступность и нетоксичность в виду его природного происхождения.

Таким образом, предложенный вид сорбента является эффективным и экономически выгодным способом сбора нефтяной пленки при ликвидации последствий аварийных разливов нефти на водных объектах. Полученный нефтезагрязненный торф подвергается утилизации путем сжигания; при этом получается дополнительное количество тепла.

Список литературы:

1. Бобрышева С.Н., Журов М.М., Вертячих И.М., Кашлач Л.О. Применение минеральных отходов в составе адсорбентов для ликвидации аварийных разливов нефти // Чрезвычайные ситуации: образование и наука. 2015. Т. 10. № 1. С. 120-128.
2. Сафаров А.М. Оценка и технология снижения негативного воздействия крупных нефтехимических комплексов на окружающую среду: дис. … д-ра техн. наук: 03.02.08 / Сафаров Айрат Муратович. – Уфа, 2014. – 371 с.
3. Сафарова В.И., Сафаров А.М., Шайдулина Г.Ф., Смирнова Т.П. Экологические проблемы нефтяных и горнорудных предприятий Республики Башкортостан // Башкирский экологический вестник. 2013. № 2. С. 42–48.