Забруднення нафтопродуктами морського середовища станом на 2001 рік

ВИВЧЕННЯ МЕТОДІВ ОЧИЩЕННЯ ПОВЕРХНІ

ВОДОЙМИЩ ВІД НАФТИ І НАФТОПРОДУКТІВ

ІНСТРУКЦІЯ

до лабораторної роботи №3

з курсу “Основи екології”

для студентів нехімічних спеціальностей

усіх форм навчання

Затверджено

на засіданні кафедри

хімічної інженерії

та промислової екології

Протокол № 7 від 23.12.2001 р.

Львів – 2002

Мета роботи: Вивчення особливостей забруднення водоймищ нафтою і нафтопродуктами та методів і засобів очищення води від цих забруднень.

І. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Вода - одна з найпоширеніших сполук на Землі. Вона займає 71 % земної поверхні, у вільному чи зв'язаному стані оточує нас скрізь. Загальний об'єм води на Землі становить 1386 млн. км., з них на Світовий океан припадає 1338 млн. км³, або 96,5 %. Загальна площа океанів і морів перевищує площу суходолу у 2.5 раза. Запаси прісної води, потреба людей у якій є особливо великою, незначні: становлять 35029.2 тис. км³ і є вичерпними. Забруднення водних ресурсів - це зміни їхніх фізичних, хімічних та біологічних властивостей внаслідок потрапляння до них шкідливих рідких, твердих та газоподібних речовин, що роблять воду небезпечною для використання, завдають школи суспільному господарству і здоров'ю людей.

Розрізняють забруднення водоймищ фізичні (механічні), хімічні, біологічні (бактеріальні), радіоактивні і теплові. Особливо небезпечним є забруднення водойм нафтою і нафтопродуктами, яке належить до хімічних забруднень. Це основна забруднювальна речовина морів і океанів. Сюди вона потрапляє під час буріння морського дна, аварій танкерів, які перевозять нафту, в різних районах Світового океану. У моря і океани щороку потрапляє більше 3 млн. т нафти і нафтопродуктів (табл. 1).

Таблиця 1

Забруднення нафтопродуктами морського середовища станом на 2001 рік

№ п/п	Джерела забруднення	Кількість скиду
млн.т	%
	Танкерний флот (аварії, робота двигунів, обслуговування в доках)	1,46	48,3
	Інше судноплавство	0,50	16,5
	Видобуток нафти на шельфі	0,05	1,7
	Атмосферне перенесення з континентів	0,30	10,0
	Річковий стік	0,04	1,3
	Неочищені промислові стічні води	0,20	6,6
	Прибережна нафтопереробна промисловість	0,10	3,3
	Дощова вода (змив міських територій)	0,12	4,0
	Природні витоки нафти з дна	0,25	8,2
	Разом:	3,02

Концентрація нафтопродуктів у водах Світового океану коливається в широких межах: Тихий океан - 0 - 200 мкг/л; Атлантичний океан - 0 - 160 мкг/л; Середземне море -0 - 950 мкг/л; Чорне море - 0 - 290 мкг/л: Балтійське море - 0 - 700 мкг/л; Північне море -0 - 350 мкг/л.

Допустиме значення концентрації нафти та нафтопродуктів у воді, тобто ГДК, знаходиться в межах 50 мкг/л.

Найбільш забруднені нафтопродуктами Середземне море - 17 %, Балтійське - 14 % від усього забруднення в Світовому океані.

Вкриваючи воду тонкою плівкою, нафта перешкоджає проникненню у воду кисню, чим завдає величезної шкоди мешканцям води і часто призводить до їх масової загибелі. Відомо що 1 г нафти вбиває все живе в 1 м³ води. Від нафти гинуть риба, ракоподібні та багато інших тварин. Якщо після нафтового забруднення риба залишається живою, то її не можна споживати, бо вона має сильний нафтовий запах і неприємний смак.

Попадаючи в морську воду, нафта спочатку розтікається у вигляді поверхневої плівки, утворюючи шар різної товщини. За кольором нафтової плівки можна приблизно оцінити її товщину (табл. 2).

Таблиця 2

Характеристика нафтових плівок на поверхні води (Нельсон - Сміт, 1997)

№ з/п	Зовнішній вигляд	Товщина, мкм	Кількість нафти, л/км²
	Злегка помітна плівка	0,038
	Сріблястий відблиск плівки	0,076
	Сліди зафарбування плівки	0,152
	Яскраво зафарбовані розводи	0,305
	Тьмяно зафарбована плівка	1,016
	Темно зафарбована плівка	2,032

Різниця оптичних характеристик нафтових плівок і морської води дозволяє проводити дистанційне виявлення й оцінку нафтових забруднень на поверхні моря чи океану в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній частинах спектру. Для цього застосовуються пасивні і активні методи. Пасивні методи використовують природне випромінювання, відбите чи випромінюване системою нафта-вода. При спостереженні із супутників Землі найбільш інформативним для виявлення забруднених районів океанів і морів є інтервал 600 - 800 нм. Випромінювання в інфрачервоній області спектру засновані на різниш температур чистої води і води, покритої нафтовою плівкою або на різниці коефіцієнтів випромінювання. Активні методи дистанційного виявлення нафтових забруднень води полягають у використанні штучного джерела випромінювання. До них належать методи оптичної локації, засновані на різниці коефіцієнтів відбивання від забрудненої і чистої поверхні води (діапазон 300 - 400 і 1000 - 1200 нм), а також методи, засновані на випромінюванні флюоресценції плівок нафти за допомогою лідарів в робочих довжинах хвиль 337, 354 і 530 нм.

Згідно з приблизними оцінками, швидкість пересування нафтових плям становить 60 % швидкості течії і 2 - 4 % швидкості вітру, причому нафтова плівка повністю знищує капілярні хвилі, майже повністю малі гравітаційні хвилі і в 2 - 3 рази зменшує параметр шершавості водяної поверхні.

У перші години існування нафтової плівки велике значення має випаровування вуглеводнів. Згідно з даними спостережень, за 12 год випаровується до 25 % легких фракцій нафти, при температурі води 15 ⁰C всі вуглеводні до Qs випаровуються за 10 діб. Всі вуглеводні нафти мають слабку розчинність у воді, яка зменшується із збільшенням кількості атомів вуглецю в молекулі. В 1 л дистильованої води розчиняється близько 10 мг сполук із C₆, 1 мг - із C₉ і 0,01 мг сполук з C₁₂.

Змішуючись з водою, нафта утворює емульсії двох типів: прямі "нафта у воді" та зворотні "вода у нафті". Прямі емульсії, утворені краплинками нафти діаметром до 0,5 мкм, менш стійкі і особливо характерні для сортів нафти, які вмішують поверхнево-активні речовини. Після видалення летких і розчинних фракцій залишкова нафта частіше утворює в'язкі зворотні емульсії, які стабілізуються високомолекулярними сполуками типу смол і асфальтенів і вміщують 50 – 80 % води (шоколадний мус). Під впливом абіотичних процесів в’язкість «мусу» підвищується і починається його злипання в агрегати – нафтові грудочки розмірами від 1 мм до 20 мм. Агрегати – це суміш високомолекулярних вуглеводнів, смол і асфальтенів. Такі структури можуть тривалий час зберігатися на поверхні моря чи океану, переноситься течіями, викидатися на берег, чи осідати на дно. Нафтові грудочки часто заселені перифітоном (синьо-зелені і діамантові водорості, вусоногі рачки та інші безхребетні).