4628-1 (625104), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

2.1. Характер растекания нефти по поверхности водоемов

Способность нефти растекаться по поверхности воды проявляется только в начальный период ее нахождения на воде и на распространение по водоему существенно не влияет.

Скорость растекания нефтепродуктов из легких фракции (бензина, керосина) ниже, чем нефтепродуктов, содержащих тяжелые фракции (мазут, масло), так как поверхностное натяжение на границе с водой первых выше, чем у содержащих тяжелые фракции. По той же причине нефтепродукты из легких фракций при том же их количестве растекаются по поверхности воды на меньшей площади.

Зона загрязнения распространяется на расстояние в несколько километров от места попадания нефтепродуктов в водную среду. С момента утечки нефти до начала работ по локализации и ликвидации нефтяного загрязнения распространение ее по водоему обычно уже завершается, т. е. зона загрязнения приобретает почти максимальные размеры и определенную форму. Распространение пролитой нефти в условиях водоема происходит в основном под воздействием течения, ветра и колебаний уровня воды и имеет свои особенности. Для реки, ввиду близости берегов и извилистости русла нефть сравнительно быстро достигает берега. Наличие заводей, мелководных участков, покрытых растительностью, создает благоприятные условия для скопления нефти. На открытых участках водоемов, где действие течения и ветра проявляется в полную силу, она не задерживается, ее неизбежно относит в застойные зоны, где нет течения, а действие ветра направленно в сторону берега или какой-либо преграды. Здесь нефть под действием ветра концентрируется. В этих же местах скапливается и мусор, с которым она обычно перемешивается.

При интенсивном поступлении нефти из поврежденного судна образуется нефтяное пятно в виде широкой полосы, толщина то в средней части больше, чем по краям; при постепенном поступлении нефти из судна нефтяное пятно имеет вид узкой полосы. От места утечки нефть перемещается по поверхности воды в направлении равнодействующей сил ветра и течения, но, достигнув берега, перемещается, как бы перетекая вдоль береговой линии, размазываясь по заплескам. Встречающиеся на пути заводи, пойменные озера, старицы практически приостанавливают ее дальнейшее распространение до тех пор, пока их поверхность не покроется слоем нефти или не изменится направление ветра. Когда нефтяное пятно достигает берега, происходит его переформирование. В одних случаях нефть ветром прижимается к берегу или какой-либо преграде и располагается в виде клина - у преграды слои нефти имеет наибольшую толщину, а с наветренной стороны наименьшую; в других случаях, когда действие ветра незначительно, толщина слоя относительно равномерна. Нефть, остающаяся на берегу из-за понижения уровня воды в водоеме, также располагается или в виде клина или равномерным слоем, в зависимости от того, как это было до падения уровня.

При изменении направления ветра или уровня воды, нефть из одних застойных зон может быть отнесена в другие, загрязняя новые участки водоема. Как правило, она располагается вдоль одного берега, заполняя все заводи. Зона загрязнения не всегда бывает непрерывной, нередко загрязненные участки чередуются с чистыми.

Для участков водоемов с быстрым течением характерна большая протяженность зоны загрязнения. Известны случаи; когда она достигала 50-130 км. При слабом течении или его отсутствии, например, в водохранилище, перемещение нефти обусловлено действием ветра, причем скорость ее составляет 3-4% скорости ветра. Протяженность зоны загрязнения при этом меньше, чем на течении.

Плавучая нефтяная пленка может захватывать громадные пространства. Установлено, что одна капля нефти образует на поверхности водоема пятно площадью примерно 0,25 м², а одна тонна нефти покрывает площадь около 500 га поверхности водоема. Собрать или уничтожить нефть, разлитую по поверхности воды, весьма трудно, и инженерная мысль пока безуспешно ищет радикальные средства борьбы с этим бедствием.

Все виды нефти содержат легкокипящие компоненты, которые быстро испаряются. В течение нескольких дней 25% нефтяного пятна исчезают в результате испарения. Низкомолекулярные компоненты выводятся из нефтяного пятна главным образом в результате растворения, причем ароматические углеводороды растворяются быстрее, чем н-парафины при одинаковой температуре.

2.2. Разложение нефти под воздействием бактерий и окисления

Биохимическое (микробиологическое) воздействие бактерий, грибков и других микроорганизмов на компоненты нефти гораздо шире и охватывает самые разнообразные вещества по сравнению с процессами испарения и растворения. Однако не существует какого-либо одного микроорганизма, способного разрушить все компоненты определенного вида сырой нефти. Бактериальное воздействие характеризуется высокой селективностью, и полное разложение всех компонентов нефти требует воздействия многочисленных бактерий различных видов. При этом образуется ряд промежуточных продуктов, для разрушения которых требуются свои организмы. Парафиновые углеводороды наиболее легко разлагаются бактериями. Следовательно, более стойкие циклопарафиновые и ароматические углеводороды исчезают из океанской среды с гораздо меньшей скоростью.

Нефтяные углеводороды подвержены также процессам химического окисления и фотоокисления, но в водной среде эти процессы исследованы не достаточно.

Содержание питательных веществ и кислорода в воде является ключевыми факторами в процессах микробиологического разложения. Подсчитано, что для полного окисления 4 литров сырой нефти требуется кислород, содержащийся в 1,5х10⁶ литров морской воды, насыщенной воздухом при 60.°С; это эквивалентно количеству морской воды, содержащейся в слое глубиной 30 см и поверхностью 0,5х10⁴ м².[1]

Пленка нефти препятствует так называемой аэрации, т.е. процессу поглощения водой кислорода из атмосферы. Окисление может замедлиться в воде, обедненной кислородом, в результате более раннего загрязнения. В таких условиях бактериальное разложение может иметь отрицательные последствия, так как уменьшает количество растворенного кислорода. Содержание кислорода в поверхностных слоях воды постоянно пополняется за счет контакта с атмосферой. Однако на глубине более 10 м это пополнение происходит очень медленно.

При постоянном расходе кислорода в водоеме, прекращение аэрации может оказаться гибельным для живого мира водоема. Нефть и нефтепродукты относятся к числу трудноокисляемых микроорганизмами веществ, поэтому самоочищение водоемов, загрязненных нефтью, происходит достаточно долго.

2.3. Влияние физических параметров окружающей среды на скорость разложения нефти в воде

Скорость разложения является функцией физических параметров окружающей среды. Как и следовало ожидать, к таким параметрам в первую очередь относится температура воды, которая служит определяющим фактором в кинетике распада органических веществ. В общих случаях скорость химической реакции с повышением температуры на 10°С увеличивается в два-четыре раза. Понижение температуры среды существенно тормозит не только физико-химические, но и биохимические процессы, связанные с деструкцией и трансформацией углеводородов. Интенсивность разрушения углеводородов зависит также от изменения солености и кислотности среды, особенно в тех районах, которые наиболее подвержены влиянию речного стока.

Отмечают, что распад нефти и нефтепродуктов в менее соленых водах протекает более активно. С увеличением активной реакции среды скорость разрушения нефтепродуктов возрастает. Так как диапазон изменений рН в море колеблется в пределах 2 единиц, то эффект изменения периода полураспада нефти в море в зависимости от изменения рН в 25 раз меньше, чем от колебаний температуры, и в три раза меньше, чем от колебаний солености.

2.4. Влияние донных отложений на распад углеводородов

В процессе самоочищения морской среды от углеводородов значительная роль принадлежит донным отложениям, которые, адсорбируя углеводороды, с одной стороны, ведут к уменьшению их содержания в воде, а с другой - могут служить при определенных условиях источником повторного загрязнения воды. При этом наносы и взвешенные частицы, действуя как «ловушки», играют значительную роль в миграции нефтяных загрязнений.

Углеводороды в результате адсорбции на взвешенных частицах осаждаются на дно, причем не всегда они остаются на поверхности донных отложений. Сложные физические, химические и биологические процессы, происходящие на поверхности раздела вода - донные отложения или вблизи него, могут изменять физическое и химическое состояние углеводородов. Кроме того, связанные со взвешенными частицами, углеводороды под воздействием гидрометеорологических факторов могут вновь перейти в толщу воды и возвратиться в повторный цикл с последовательными стадиями: высвобождение – окисление - осаждение.

В относительно глубоководных районах при наличии придонных течений повышенная концентрация нефти в донных отложениях обусловливается также повторным суспендированием взвешенных частиц, содержащих углеводород. В прибрежных и мелководных районах повторное суспендирование частиц и их осаждение на дно имеет даже более важное значение.

Как показали исследования, загрязненность донных отложений углеводородами зависит также от ряда других природных факторов, в том числе от сорбционной способности, в свою очередь обусловленной составом (механическим, химико-минералогическим) и физическими свойствами донных отложении.

Судя по проводившимся наблюдениям, в различных районах Каспийского (западные побережья Среднего и Южного Каспия), Балтийского (Рижский залив) и Белого морей (Онежский и Двинский залив) высокие концентрации НУ соответствовали зонам наибольшей седиментации, а низкие, наоборот, зонам с активным гидродинамическим режимом [5]. С другой стороны, прослеживается возрастная приуроченность нефтяных загрязнений к современным осадкам, представленным в исследованных районах различными песками - от гравелистого до пылеватого, супесчаными и глинистыми илами и раковинным детритом.

Как и следовало ожидать, наиболее загрязненными нефтью оказались донные отложения исследованных районов Каспийского моря, а наименее - Балтийского и Белого морей, что, несомненно, связано с неравномерным объемом поступления углеводородов в эти моря.

В указанных районах по мере удаления от берега содержание нефти в донных отложениях снижается, как правило, но не без исключения. На общем фоне снижения загрязненности донных отложений выделяются отдельные участки с более высоким содержанием. К ним относятся депрессионные участки рельефа дна: места скопления загрязненных веществ и районы свалки грунта. В первом случае это связано с общим направлением сноса осадков в пониженные участки рельефа дна, во втором - с непосредственным сбросом грунтов, содержащих нефтяные углеводороды.

Незначительная плотность современных отложений и гидродинамическая активность способствуют загрязнению донных отложений по глубине. При этом в присутствии нефти повышается связанность неуплотненных песков и илов, уменьшается дисперсность и пористость, из-за чего часть донных отложений преобразуется в прослой с высоким содержанием нефтяных углеводородов.

Как показали натурные исследования, способность донных отложений к адсорбции нефти внутри каждого из гранулометрических типов, в свою очередь, обусловлена также их дисперсностью плотностью и связанностью частиц. Так, судя по полученным данным (Таблица №2), прослеживается заметная связь между гранулометрическим составом донных отложений и содержанием углеводородов сорбированных на них.

Содержание нефти в донных отложениях уменьшается от глинистых илов к суглинистым и супесчаным и от пылеватых песков к крупным. При этом увеличение содержания углеводородов в донных отложениях сочетается с уменьшением их относительной плотности и увеличением дисперсности, несмотря на общую для исследованных осадков значительную пористость и рыхлость. Причиной повышенных концентраций в мелкодисперсных донных отложениях, несомненно, является то, что они обладают большой сорбционной поверхностью, а, следовательно, и способностью к удерживанию сорбированных веществ.

Однако в случае нарушенной структуры донных отложении, либо иного воздействия, на условия залегания величины сорбции каждого из гранулометрических типов могут значительно изменяться под влиянием гидрометеорологических факторов (волнение, течение), дноуглубительных и гидротехнических работ, что многократно наблюдалось в естественных условиях.

Таблица № 2 Содержание углеводородов в различных типах донных отложений

2.5. Образование нефтяных комочков в воде

Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсии двух типов: прямые «нефть в воде» и обратные «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и особенно характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. После удаления летучих и растворимых фракций остаточная нефть чаще образует вязкие обратные эмульсии, которые стабилизируются высокомолекулярными соединениями типа смол и асфальтенов и содержат 50-80 % воды («шоколадный мусс»). Под влиянием абиотических процессов вязкость «мусса» повышается и начинается его слипание в агрегаты – нефтяные комочки размерами от 1 мм до 10 см. Агрегаты представляют собой смесь высокомолекулярных углеводородов, смол и асфальтенов. Потери нефти на формирование агрегатов составляют 5-10 %. Высоковязкие структурированные образования – «шоколадный мусс» и нефтяные комочки – могут длительное время сохраняться на поверхности воды, переносится течениями, выбрасываться на берег и оседать на дно. Нефтяные комочки нередко заселяются перифитоном (сине-зеленые и диатомовые водоросли, усоногие рачки и другие беспозвоночные).

Характеристики

Список файлов курсовой работы