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).
