Применение листового опада в качестве основы сорбционного материала при ликвидации аварийных разливов нефти с поверхности воды
Покупка
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 156
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7882-2769-6
Артикул: 789170.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Представлен способ ликвидации аварийного разлива нефти с поверхности воды модифицированным листовым опадом.
Предназначена для студентов н преподавателей направлений подготовки 18.03.02, 18.04.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» и 20 03.01, 20.04.03 «Техносферная безопасность».
Подготовлена на кафедре инженерной экологии.
Тематика:
ББК:
- 201: Человек и окружающая среда. Экология человека. Экология в целом. Охрана природы
- 355: Технология органических веществ
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 18.03.02: Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
- 20.03.01: Техносферная безопасность
- ВО - Магистратура
- 18.04.02: Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
- 20.04.01: Техносферная безопасность
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» А. А. Алексеева, С. В. Степанова ПРИМЕНЕНИЕ ЛИСТОВОГО ОПАДА В КАЧЕСТВЕ ОСНОВЫ СОРБЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ПРИ ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ Монография Казань Издательство КНИТУ 2019
УДК 502.55:66.081 ББК 28.081:24.5 А47 Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета Рецензенты: д-р техн. наук, проф. Л. А. Николаева гл. технолог ООО «Палп Инвест» С. А. Королев А47 Алексеева А. А. Применение листового опада в качестве основы сорбционного материала при ликвидации аварийных разливов нефти с поверхности воды : монография / А. А. Алексеева, С. В. Сте- панова; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 156 с. ISBN 978-5-7882-2769-6 Представлен способ ликвидации аварийного разлива нефти с по- верхности воды модифицированным листовым опадом. Предназначена для студентов и преподавателей направлений под- готовки 18.03.02, 18.04.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» и 20.03.01, 20.04.03 «Техносферная безопасность». Подготовлена на кафедре инженерной экологии. ISBN 978-5-7882-2769-6 © Алексеева А. А., Степанова С. В., 2019 © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2019 УДК 502.55:66.081 ББК 28.081:24.5
С П И С О К У С Л О В Н Ы Х О Б О З Н А Ч Е Н И Й И С О К РА Щ Е Н И Й ВЧ — высокочастотная ЗАО — закрытое акционерное общество ИТМ — ионы тяжелых металлов КУС — краевой угол смачивания ЛАРН — ликвидация аварийных разливов нефти НП — нефтепродукты ОС — окружающая среда ПДК — предельно допустимая концентрация РСА — рентгеноструктурный анализ РСМ — растительные сорбционные материалы СМ — сорбционный материал СО — степень очистки ТОЗМ — теория объемного заполнения микропор ЧХУ — четыреххлористый углерод 3
В В Е Д Е Н И Е Непрерывное увеличение объемов нефтедобычи и нефтеперера- ботки диктует новые условия разработки методов минимизации загрязнения окружающей среды при техногенных авариях и ката- строфах. Усовершенствование методов ликвидации нефтеразливов является столь же важным направлением, как и их предотвращение и предупреждение. Нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность является основой в Республике Татарстан, при этом около 3,5 % от добытой нефти теряется в процессе ее техно- логического пути (добыче, транспортировке, переработке), аварий на трубопроводах, на транспорте и т. д. Ввиду развитой речной си- стемы региона, значительная часть нефтяных разливов приходит- ся на водную среду, что приводит к значительной биодеградации, не только самого водоема, но и прилегающей береговой экосистемы. При техногенных авариях на объектах нефтехимической промыш- ленности применяют различные методы локализации и ликвидации их последствий. При нефтяных разливах наибольшую популярность завоевали метод локализации боновыми заграждениями и ликвида- ции нефтяного пятна сорбирующими устройствами. Разливы нефти на водной поверхности представляют особую опасность для окружающей среды, поскольку с каждым годом уча- щаются аварийные случаи при добыче, транспортировке и перера- ботке нефти. Последняя разносится по поверхности воды на многие километры, и последствия носят трудно учитываемый характер, по- скольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные про- цессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе. Результат — непригодность воды для употребления, мгновенная гибель прак- тически всей экосистемы под сплошной нефтепленкой, медленная деградация флоры и фауны. Среди существующих методов ликви- дация нефтяных загрязнений особую популярность получил сорб- ционный метод благодаря своей эффективности и экономичности.
Одно из важных требований, предъявляемых сорбенту — отсут- ствие вторичного загрязнения воды. В этом случае для ликвидации могут применяться экологичные материалы, которые являются при- родными. Поиск и исследование новых сорбционных материалов (СМ), которые обладают высокой сорбционной емкостью по нефти, при сравнительно низкой стоимости, является актуальной научной задачей. Таковым условиям удовлетворяет в частности листовой опад, собираемый при уборки парков, скверов, зон массового отды- ха, и других объектов благоустройства. Количество образующегося листового опада ежегодно возрастает, пропорционально увеличе- нию зеленых насаждений города, и в г. Казани с 2015 г. (104,3 т) до 2016 г. (689,9 т) увеличилось более чем в шесть раз (по данным госдо- клада об охране окружающей среды РТ 2015–2016 гг.). Исследование возможности использования данного материала в качестве сорбента для ликвидации нефтяных разливов является актуальной научной задачей, решение которой имеет большое прикладное значение. 5
Гл а в а 1 . А Н А Л И З СУ Щ Е СТ В У Ю Щ И Х С П О СО Б О В О Ч И СТ К И П О В Е Р Х Н О СТ И В О Д Ы ОТ Н Е ФТ Я Н Ы Х РА З Л И В О В 1.1. Аварийные разливы нефти на водной поверхности и методы их ликвидации Аварийный разлив нефти — это поступление нефти в окружающую среду при авариях на нефтедобывающих, нефтетранспортирующих и нефтеперерабатывающих установках, которое влечет за собой за- грязнение суши и водной среды. Известно, что нефть, нефтепродукты и их производные яв- ляются самыми распространенными загрязнителями окружающей среды (ОС). Согласно мировой статистике за 2015 год, Россия и Саудовская Аравия лидеры мировой добычи нефти с показателем более 10 млн баррелей в день. В Татарстане, по данным правитель- ства республики, за первую половину 2016 года добыто 26,2 млн т, а за 2015 год — 39 млн т [1, 2]. Мировые объемы добытой нефти постоянно увеличиваются, при этом в мире ежегодно происходит от 10 до 15 тысяч прорывов нефтепромысловых трубопроводов, 30 % из которых приходится на отечественные нефтяные компа- нии, при этом в мировой океан ежегодно попадает до 6 млн т НП [3]. Нефтеразливы и их экологические последствия находятся под кон- тролем общественных объединений и государственных организа- ций и в соответствии с законодательством России подлежат безот- лагательной ликвидации. По данным TINA Consultants (компания, занимающаяся пре- дотвращением утечек нефти в различных областях), за последние 10 лет из каждого добытого или хранимого миллиона тонн нефти
около 3 тонн попадало в водную среду. При этом на водной поверх- ности образуется пленка, приводящая к масштабной биодеградации водоема и прилегающих береговых территорий, а также разрушает- ся естественная экосистема. Ежегодно число аварийных случаев утечек нефти возрастает, при этом Российская Федерация является лидером по масштабу нефтепотерь и теряет 3,5–4,5 % нефтяного сырья при добыче и транспортировке. Так, при уровне добычи в 500 млн т в год потери составляют 17–22 млн т [4]. Основными причинами аварии являются нарушения технологических процессов на промышленных предприятиях и прорывы нефтепроводов. Однако в официальных источниках (государственных докладах о состоянии окружающей среды) данные о количестве аварий на трубопроводах и объемах разлитой при этом нефти не публиковались с 2001 по 2007 гг. Известно, что за 2009 г. количество прорывов нефтепроводов составляло 26 тысяч, что равно количеству прорыв за 1999 г. [5]. Согласно данным об изменении количества аварийных ситуаций на нефтепроводах [6–23], автор [5] составил график количества порывов трубопроводов в зависимости от объема добычи нефти в РФ за 1994–2010 гг. (рис. 1.1). Как видно из рис. 1.1, с 2007 года количество прорывов ежегодно увеличивалось в среднем на 2 тыс. Данная тенденция изменилась в 2015 году: объем добываемой нефти уменьшился и, как следствие, сократилось количество прорывов. Согласно данным Ростехнадзора, суммарная протяженность магистральных нефтепроводов в 2015 г. на территории РФ состави- ла более 55,3 тыс. км, при этом протяженность промысловых тру- бопроводов значительно выше. Основными причинами аварийных случаев на нефтепроводах являются: – изношенность основных фондов; – замедленное реагирование на аварии и происшествия; – неслаженность действий при локализации и ликвидации разливов нефти и НП; – недостаточное или полное отсутствие средств, необходимых для предупреждения разливов нефти и НП.
На территории Российской Федерации более 6 тысяч участ- ков трубопроводов, пересекающих водные объекты, поэтому важен оперативный мониторинг экзогенных процессов. В России наиболее подвержены загрязнению средняя полоса Русской равнины и Урал, так как на данной местности проходят основные нефтемагистрали РФ и, как следствие, случается наибольшее количество аварий. Несмотря на прилагаемые усилия по предотвращению ава- рий на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприя- тиях, каждый год в США регистрируется 14 тыс. разливов нефти. На ликвидацию последствий требуются тысячи специалистов и зна- чительные экономические затраты. На территории России ежегод- но происходит до 20 тыс. официально зарегистрированных аварий, сопровождающихся значительными разливами нефти. По данным Минэнерго России, на предприятиях топливно-энергетического комплекса в 2015 г. произошло 20 753 прорыва трубопроводов, из них 11 409 — на нефтепроводах [24]. В последние годы наблюдается значительный рост загряз- ненности пресных вод большинства регионов РФ НП. Так, в 2015 г. в бассейнах рек Колыма, Волга, Белая среднегодовая ПДК по НП составила 2–3, в Чебоксарском и Волгоградском водохранилищах — Рис. 1.1. Количество порывов трубопроводов в зависимости от объема добычи нефти в РФ
3 и 10 ПДК соответственно. В бассейнах рек Иртыш и Охинка среднегодовое значение ПДК достигало 38 и 381 соответственно. Наблюдался резкий рост загрязненности НП и в Нижнекамском во- дохранилище. В 2015 г. по сравнению с 2013–-2014 гг. он повысился примерно в 5 раз [24]. Несмотря на то что по данным Росгидромета по сравнению с 2015 г. в два раза сократилось число аварийных слу- чаев на воде (с образованием нефтяной пленки — 2 случая), количе- ство нефти и НП в реках России продолжает увеличиваться. Разработка и усовершенствование технологических методов минимизации последствий загрязнений при нефтяных разливах яв- ляется важной задачей. Инженерную защиту территорий естествен- ной экосистемы от антропогенного воздействия рекомендуется проводить решением многофункционального комплекса задач с при- менением современных технических средств и реализацией различ- ных методов. Первые меры по устранению загрязнения должны быть направлены на локализацию нефтяных пятен с помощью технических средств, независимо от характера разлива, с целью предотвращения распространения загрязнения и уменьшения площади разлива [25]. С целью минимизации загрязнения рекомендуется разрабатывать четкий метод ликвидации последствий техногенной аварии. Наиболее эффективным при этом является одновременная локализация и лик- видация нефтяного пятна на поверхности воды. Для этого чаще всего используют боновые заграждения, они обособляют нефтяное пятно, препятствуя его распространению и приближению к береговой поло- се, особенно в экологически чувствительных районах. Кроме того, их применение значительно облегчает цикл сбора нефти и ликвидацию разлива. Большой интерес к защите водных объектов и береговых территорий повлек за собой технологическое развитие конструк- ций, предназначенных для ликвидации аварийных разливов нефти (ЛАРН). Ликвидацию и локализацию производят различными мето- дами, главным из которых является механический сбор нефти, прово- димый в первые часы аварии, с целью предотвращения ее растекания и уменьшения толщины пленки. Механический сбор технологически усложняется с уменьшением слоя нефтяной пленки, и тогда прибе- гают к термическим и физико-механическим способам, основными
из которых являются: контролируемое сжигание, сорбция, дисперги- рования, биоремедиация. Из всех способов более предпочтительным является адсорбция, так как сжигание и диспергирование влекут вто- ричное загрязнение ОС продуктами горения и внесением химических растворителей нефти. Биоремедиация — использование нефтеокис- ляющих микроорганизмов для очистки окружающей среды. Данный процесс относительно недавно используется при ЛАРН и недостаточ- но изучен. При подборе микроорганизмов-деструкторов необходимо учитывать состав нефти, климатические условия, а также утилизацию продуктов жизнедеятельности бактерий. Кроме того, достоверно не- известно, как в дальнейшем биодеструкторы будут влиять на разви- тие флоры водоемов. В связи с вышеизложенным адсорбция является одним из немногих эффективных и безопасных методов очистки вод от загрязнителей различной природы. Методы сорбции позволяют очищать стоки от НП, ионов тяжелых металлов, красителей и других загрязнителей до любого требуемого уровня, и даже до ПДК без вне- сения в воду дополнительных реагентов. 1.2. Сорбенты для очистки сред от нефти и нефтепродуктов Сорбция — это процесс поглощения твердым телом или жидкостью какого-либо вещества из окружающей среды. В очистке воды чаще используется ее разновидность адсорбция, под которой понимает- ся поглощение вещества из воды на поверхности или в объеме пор твердых тел (сорбентов) [26–28]. Главными требованиями, предъявляемыми к сорбентам, пред- назначенным для очистки водных сред, являются: – безвредность для ОС;
Доступ онлайн
В корзину