Загрязнение воды нефтью и нефтепродуктами

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность данной темы обусловлена тем, что нефть и

нефтепродукты оказывают большое пагубное воздействие на воду. Растворимые компоненты нефти очень ядовиты. Обычно нефтяные компоненты образуют с водой эмульсию, которую трудно разрушить. Происходит изменение в структуре биоценозов: в почвах изменяется состав почвенных обитателей, в водоемах обедняется видовой состав и численность ихтиофауны вплоть до полного замора рыб, в наземных экосистемах изменяется численность птиц и млекопитающих.

Целью работы состоит в изучении взаимодействия и влияния нефтяных предприятий на природную воду.

Для достижения названной цели необходимо было решить следующие задачи:

1)Изучить теортический материал на тему загрязнение природных вод нефтью и нефтепродуктами и меры борьбы

2)Экспериментально увидеть как происходит очиска воды от нефти

3)Описать выводы экспериментальной части

4)И вывести заключение по данной моей курсовой работе

В задачи курсовой работы входит рассмотрение и анализ следующих вопросов:

-нефтяные загрязнения природной воды

- химический состав нефти и нефтепродуктов, свойства и её компоненты

-загрязнение природных вод нефтью и нефтепродуктами

-меры борьбы с загрязнением природных вод нефтью и нефтепродуктами

-способы очистки природных вод от загрязнения нефти и нефтепродуктов

-методика очистки природных вод от нефти и ннефтепродуктов

-очистка природных от нефти

Предмет исследования – влияние нефтяных загрязнений на природную воду.

Объект исследования - загрязнения нефти наносимый огромный вред природной воде.

Гипотеза исследования – что современное предприятие наносит ущерб природной воде, начиная уже с процесса добычи необходимых для промышленного производства материала.

Практическая значимость курсовой работы – исследование и анализ влияния нефтяных загрязнений на природную воду.

ГЛАВА 1.ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ И МЕРЫ БОРЬБЫ.

1.1. Нефтяные загрязнения природных вод

Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую - «нефть в воде» и обратную – «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно – активные вещества.

При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности в виде тонкой нефтяной пленки, которая перемещается со скоростью примерно в два раза больше, чем скорость течения воды.

При соприкосновении с берегом и прибрежной растительностью нефтяная пленка оседает на них. В процессе распространения по поверхности воды легкие фракции нефти частично испаряются, растворяются, а тяжелые опускаются в толщу воды, оседают на дно, загрязняя данное отложение.

Влияние нефтяного загрязнения на водоем проявляется в:

• Ухудшение физических свойств воды (замутнение, изменение цвета, вкуса, запаха)

• Растворение в воде токсических веществ

• Образование поверхностной пленки нефти и осадка на дне водоема, понижающей содержание в воде кислорода.

Характерный запах и привкус появляются при концентрации нефти и нефтепродуктов в воде 0,5 мг/дм³, а нафтеновых кислот 0,01 мг/дм³. Значительные изменения химических показателей воды происходят при содержании нефти и нефтепродуктов более 100-500 мг/дм³. Пленка нефти на поверхности водоема ухудшается газообмен воды с атмосферой, замедляя скорость аэрации и удаления углекислого газа, образующегося при окислении нефти. При толщине нефтяной пленки 4,1 мм и концентрации нефти в воде 17 мг/дм³ количественного растворенного кислорода за 20-25 суток понижается на 40% [1].

1.1.1. Загрязнения природных вод нефтью и нефтепродуктами

Роль нефти и продуктов ее переработки, как ключевых элементов энергетики в современном мире, сложно переоценить. Из нефти получают бензин и керосин, различные виды топлива, сжиженные газы, сырье для химических производств, великое множество смазочных и специальных масел и смазок [2]. Несмотря на значительный вклад в мировое хозяйство, добыча нефти и нефтепродуктов наносит существенный ущерб окружающей среде, причём, как при нормальном ходе процесса, так и вследствие различных аварий. Так, на всех этапах добычи и транспортировки ежегодно теряется более 45 млн. т нефти. Нефтепродукты поступают в водную среду, в основном, двумя путями: через сбросы промывочных и льяльных вод с судов или из-за аварий на танкерах и нефтепроводах. Каждый средний или крупный разлив нефти приводит, в среднем, к гибели пяти тысяч птиц. Птицы заглатывают нефть, когда чистят клювом перья, употребляют загрязненную пищу и дышат испарениями. Заглатывание нефти ведет к смерти птиц от голода и болезней. Но вред от нефти получают не только взрослые особи, ведь яйца птиц очень чувствительны к её воздействию. Даже малое количество нефти может оказаться достаточным для смерти эмбрионов в период инкубации.

Негативному воздействию разливов нефти при употреблении загрязненной пищи и воды подвергаются и рыбы. Гибель рыбы, включая и молодь, происходит обычно при больших разливах нефти. Однако на разные виды рыб сырая нефть и нефтепродукты влияют по-разному, и её токсичное воздействие разнообразно. Например, концентрация в водной среде 0,5 миллионной доли или менее нефти может привести к гибели форели. Практически смертельный эффект нефть оказывает на сердце, изменяет дыхание, увеличивает печень, разрушает плавники, влияет на поведение [4].

В период миграции большое количество птиц остается на побережье океана, потому что скрытые от ветра участки суши защищают их от хищников, поедающих рыбу. Разумеется, разлитая нефть наносит им вред. Она также несет опасность для тюленей и морских черепах в их брачный период. Поэтому в такие промежутки времени разлив нефти на побережье может иметь весьма тяжёлые последствия.

Все компоненты нефти ядовиты для морских обитателей. Нефть влияет на структуру сообщества морских животных [4]: во-первых, при нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов, и, во-вторых, уменьшается их разнообразие. Так, обильно развиваются популяции микроорганизмов, питающихся нефтяными углеводородами и крайне ядовитых для многих морских организмов. Как следствие, постепенно падает первичная биологическая продуктивность моря. У нефти имеется еще одно неприятное побочное свойство. Ее углеводороды способны растворять в себе ряд других загрязняющих веществ, которые, концентрируясь вместе с нефтью в приповерхностном слое воды, формируют ядовитую «плёнку» и еще более загрязняют море. Ароматическая фракция нефти содержит вещества, носящие мутагенный эффект и канцерогенное действие. Например, бензпирен, который активно циркулирует по морским пищевым цепочкам и попадает в пищу людей.

Наибольшие количества нефти при её разливах сосредоточены в тонком при поверхностном слое морской воды, играющем особо важную роль для различных сторон жизни океана. В нем сосредоточено множество организмов.

Поверхностные нефтяные пленки нарушают газообмен между атмосферой и океаном. Претерпевают изменения и процессы растворения и выделения кислорода, углекислого газа, теплообмена.

В силу опасности разливов нефти и их крайне негативного воздействия на человека, различных животных и природные процессы, разумным является отыскание способов борьбы с такими разливами. Существует несколько методов очистки воды от нефти. Рассмотрим некоторые из них.

Механическая очистка воды – это пропускание сточной воды через пористый фильтрующий материал в несколько этапов. При этом вода подвергается неоднократному процессу отстаивания в специальном оборудовании. Плюсы: низкие затраты. Минусы: низкая эффективность (очистка лишь на 60 % от химических веществ, содержащих нефть).

Химический метод очистки воды осуществляется путём добавления специальных химических препаратов в загрязненную воду. Образуются химические реакции, вследствие которых нефтепродукты выпадают в вещества, формирующие нерастворимый осадок. Несомненным плюсом этого метода является его эффективность, т.к. степень очистки достигает 98%. Минус же – большие затраты.

Применение специальных микроорганизмов, которые используют нефтепродукты как основной источник питания – это суть биологического способа очистки. Плюсом данного метода является высокая степень очистки. Из минусов стоит отметить необходимость проведения предварительных мероприятий по очистке воды (механический сбор нефти, ее выжигание), существенные затраты [3].

Также есть несколько способов ликвидации и удаления разлившейся нефти. Одним из главных таких методов является её механический сбор с использованием боновых заграждений.

При достаточной толщине слоя и сразу же после загрязнения применяют термический метод, под которым понимают выжигание нефти.

Физико-химический метод заключается в использовании различных диспергентов и сорбентов. Диспергенты используются для активизации естественного растворения нефти с целью облегчить ее удаление с поверхности воды. Сорбенты же при взаимодействии с водной поверхностью впитывают нефтепродукты, после чего образуют комья, насыщенные нефтью, которые в дальнейшем убирают механическими способами.

Проблемы окружающей среды, связанные с её охраной, в том числе, и от разливов нефти, чрезвычайно важны и решаются также на законодательном уровне. Правовой базой для охраны окружающей среды в Республики Казахстан являются самые различные по юридической силе нормативно-правовые акты: Конституция РК, множество законов и подзаконные акты, такие, как постановления Правительства. Имеется также немало международных соглашений по охране вод[6].

1.2. Химический состав нефти и нефтепродуктов, свойства и её компоненты

Нефть относится к группе горных осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменой соль и др. Она обладает одним важным свойством – способностью гореть и выделять тепловую энергию. Среди других горячих ископаемых она имеет наивысшую теплотворную способность. Например, для подогрева котельной или другой установки требуется нефти значительно меньше по весу, чем каменного угля. Все горючие породы принадлежат к особому семейству, получившему название каустобиолитов ( от греческих слов «каустос» - горючий, «биос» - жизнь, «литое» - камень, т.е. горючий органический камень).

В химическом отношении нефть – сложная смесь углеводородов и углеродистых соединений. Она состоит их следующих основных элементов: углерод (84-87%), водород (12-14%), кислород, азот, сера (1-2%). Содержание серы может доходить до 3-5%. В нефтях выделяют следующие части: углеводородную, асфальто- смолистую, порфирины, серу и зольную. В каждой нефти имеется растворенный газ, который выделяется, когда она выходит на земную поверхность.

Главную часть нефти составляют углеводороды различные по своему составу, строению и свойствам, которые могут находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии. В зависимости от строения молекул они подразделяются на три класса – парафиновые, нафтеновые и ароматические. Но значительную часть нефти составляют углеводороды смешанного строения, содержащие структурные элементы всех трех упомянутых классов. Строение молекул определяет их химические и физические свойства. Парафиновые углеводороды, или как их еще называют, метановые углеводороды (алкановые). Сюда относят метанCH₄, этанC₂H₆, пропанC₃H₈, бутанC₄H₁₀ и изобутан.

Парафиновые углеводороды в нефти могут быть представлены газами, жидкостями и твердыми кристаллическими веществами. Они по-разному влияют на свойства нефти: газы понижают вязкость и повышают упругость паров; жидкие парафины хорошо растворяются в нефти только при повышенных температурах, образуя гомогенный раствор; твердые парафины хорошо растворяются в нефти образуя истинные молекулярные растворы. Парафиновые углеводороды (за исключением церезинов) легко кристаллизируются в виде пластинок и пластинчатых лент.

Нафтеновые (циклановые, или алициклические) углеводороды имеют циклическое строение, а именно состоят из нескольких групп -CH₂ -, соединенных между собой в кольчатую систему. В нефти содержатся преимущественно нафтены, состоящие из пяти или шести групп CH₂. Все связи углерода и водорода здесь насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами. По сравнению с парафинами, нафтены имеют более высокую плотность и меньшую упругость паров и имеют лучшую растворяющую способность.

Ароматические углеводороды (арены). Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Простейшим представителем данного класса углеводородJв является бензол C₆H₆, состоящий из шести групп CH. Для ароматических углеводородов харктерны большая растворимость, более высокая плотность и температура кипения.

Асфальто –смолистая часть нефтей представляет собой вещество темного окраса, которое частично растворяется в бензине. Растворившееся часть –асфальтены. Они обладают способностью набухать в растворителях, а затем переходить в раствор. Растворимость асфальтенов в смолисто-углеродных системах возрастает с уменьшением концентрации легки углеводородов и увеличением концентрации ароматических углеводородов. Смола не растворяется в бензине и являются полярными веществами с относительной молекулярной массой 500-1200. В них содержатся основное количество кислородных, сернистых и азотистых соединений нефти. Асфальтосмолистые вещества и другие полярные компоненты являются поверхностно-активными соединениями нефти и природными стабилизаторами водонефтяных эмульсий.

Порфиритами называют особые азотистые соединения органического происхождения. Предполагают, что они образовались из гемоглобина животных и хлорофилла растений. Эти соединения разрушаются при температуре 200-250⁰С.

Сера широко распространена в нефтях и углеводородном газе и содержится как в свободном состоянии, так и в виде соединений (сероводород, меркаптаны).

Зольная часть представляет собой остаток, образующийся при сжигании нефти. Это различные минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия.

Свойства нефти определяют направление её переработки и влияют на продукты, получаемых из нефти, поэтому существуют различные виды классификации, которые отражают химическую природу нефти и определяют возможные направления переработки. В основу классификации, отражающий химический состав, положено преимущественное содержание в нефти какого-либо одного или нескольких классов углеводородов. Различают нафтеновые, парафиновые, парафино-нафтеновые, парафино-нафтено-ароматические, нафтено-ароматические, ароматические [5].

1.3.Меры борьбы с загрязнением природных вод нефтью и нефтепродуктами

В мировой практике до настоящего времени существует двойственное отношение к нефтезагрязнениям: пассивное, когда нефтезагрязнения проявляются в глубине акваторий водного пространства вдали от суши, и активное, когда нефтезагрязнения оказываются в прибрежной части материков или внутренних водоемов.

Основные методы предотвращения загрязнений с водной поверхности могут быть систематизированы и сгруппированы по признакам действий (табл. № 1).

Таблица № 1. Классификация методов удаления нефтепродуктов

Самоочищение

В ряде районов Мирового океана в процессе длительой эволюции сложились механизмы самоочищения морской среды от нефти,сотни тысяч тонн которой ежегодно на протяжении многихтысч лет просачиваются сюда через поры и трещины в горных породах. Очистка происходит за счет ассимиляционной способности самой иорской воды.

Общим для всей водной среды являются то, что п