Исследовательский проект "Способы очистки нефтяных загрязнений"

Введение

Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX-XXI вв. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди которых заняла нефть.

В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов. Основными группами являются жидкое, твердое и газообразное топливо, высшие спирты, этилен, но наибольшее применение продукты переработки нефти находят  в топливно-энергетической промышленности.

В связи с увеличением аварий нефтеналивных танкеров и нефтепроводов, замечено увеличение создания методик очистки нефтяных загрязнений. Однако, по-моему мнению, химическим методам очистки нефтяных загрязнений не уделяется должного внимания, поэтому нахождение путей решения этой проблемы и стало целью моего исследования. В соответствии с этим я определилась с задачей своего проекта: определить экспериментальным путем возможность использования химических препаратов и различных материалов для удаления нефтяных пятен.

Черное золото

Нефть- «Черное золото». Такое выражение известно всем, его смысл- тоже. Нефть- поистине неиссякаемый источник для человека. Сейчас наша жизнь настолько от нее зависит, что было бы страшно представить ее отсутствие. В настоящее время нефть дает почти четверть всей химической продукции. Так что же она из себя представляет? Нефть- это маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом, обычно коричневого цвета с зеленоватым или другим оттенком, иногда почти черная, очень редко- бесцветная, ценнейшее природное ископаемое, открывшее перед человеком удивительные возможности «химического перевоплощения».

Происхождение нефти

Первое упоминание о нефти известно за 5-6 тысяч лет до нашей эры на берегах Евфрата и китайской провинции Сычуань. Также  она упоминается во многих древних рукописных книгах. В частности, уже в Библии говориться о смоляных ключах в окрестностях Мертвого моря.

Первое письменное упоминание о добыче нефти в России относится к XVI веку. На реке Ухта местные жители собирали нефть с поверхности воды, чтобы использовать ее для лечения и в качестве смазочного материала. В 1745 году на Ухте построили нефтеперерабатывающий завод. В 1823 году братья Дубинины стали перерабатывать нефть в Моздоке. На Каспии, недалеко от Баку, в те времена относившегося к Российской империи, в 1846 году пробурили первую в мире нефтяную скважину. Огромную роль в развитии нефтяной промышленности в этом регионе сыграли братья Нобели и семейство Ротшильдов.

К началу XX века 30% нефти, добываемой в мире, приходилось на долю России. После революции 1917 года и последовавшей через три года национализации месторождений добыча нефти в стране упала. Но иностранный капитал не покинул Россию. Компании, которой Ротшильды продали свои активы, сотрудничали с советским правительством. В результате с 1923 года уровень экспорта вернулся к прежним значениям.

Химический состав нефти

В химическом соотношении нефть- сложная смесь углеводородов и углеродистых соединений, она состоит из следующих основных элементов: углерод (84-87%), водород (12-14%), кислород, азот и сера (1-2%). В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Однако, любая нефть- это жидкость почти нерастворимая в воде, а по элементарному составу- содержащая преимущественно углеводороды с подмесью небольшого количества кислородных, сернистых и других соединений.

Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

Парафины (алканы) (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

Циклопарафины ( 30 - 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

Ароматические углеводороды (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол) , затем бициклические (нафталин) , полуциклические (пирен).

Олефины (алкены) (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Нефтяные загрязнения и их последствия

Человечество слишком медленно подходит к пониманию масштабов опасности, которую создает легкомысленное отношение к окружающей среде. Во многих местах берега сейчас загрязнены и отравлены нефтью из танкеров, нефтепроводов и других устройств. 6% нефтяных загрязнений исходит  от людей, которые выливают нефтепродукты в канавы. Такая же ситуация происходит с гидросферой и на континентах: реки, озера делаются непригодными не только для их законных обитателей, но и для человека.

Нефтяное загрязнение Мирового океана, несомненно, есть самое распространенное явление. В морские воды ежегодно поступает до 6 млн. т. нефтяных углеводородов. Реки мира ежегодно выносят в морские и океанические воды более 1,8 млн. т нефтепродуктов.

На сегодняшний день нефтяной пленкой охвачены: огромные акватории Атлантического и Тихого океанов; полностью покрыты Южно-Китайское и Желтое моря, зона Панамского канала, обширная зона вдоль берегов Северной Америки (шириной до 500-600 км), акватория между Гавайскими островами и Сан-Франциско в северной части Тихого океана и многие другие районы.

Все компоненты нефти опасны для живых организмов. Английские орнитологи подсчитали, что ежегодно гибнет более 250000 птиц, причиной гибели которых является смачивание оперения нефтью. Серьезный вред загрязнение нефтью наносит и крупным морским животным. К примеру, если тюлень появляется в месте расположения нефтяного пятна, он пачкает мех. Мех теряет свои теплоизолирующие свойства, а это ведет к охлаждению или прямому отравлению.

При ликвидации нефтяных загрязнений используются различные диспергенты. Оказалось, что деспергированная нефть также отрицательно влияет на морские организмы, что и обычная.

Методы утилизации нефтяных загрязнений

Большинство методов утилизации являются физико-химическими и биологическими. Вот некоторые  из них, которые я посчитала менее опасными и более действенными:

• Шведские и английские специалисты для очистки морских вод от нефти предложили использовать старые газеты, куски обертки, обрезки с бумажных фабрик. Все это измельчается на тонкие полосы. Брошенные в воду, они способны впитать в себя 28-кратное количество нефти по сравнению с собственным весом. Затем,  топливо из них легко извлекается прессованием.
• Некоторые вещества и материалы, такие как опилки, торф, солома, обладают способностью собирать нефть на своей поверхности.
• Если нефтяное пятно покрыть мелом или гипсом оно идет ко дну, но на морском дне нефть все еще опасна для водорослей и животных.
• Сущность механического метода состоит в том, что нефть удаляется из воды путем её отстаивания и фильтрации с последующим её улавливанием специальными устройствами - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками или вручную. Нефть не смешивается с водой и образует на поверхности масляное пятно. Она собирается порциями в полимерные контейнеры (полиэтиленовые пакеты) и затем сжигается.
• Химический метод очистки от нефти заключается в том, что в воду добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с нефтью и осаждают её в виде нерастворимых осадков. Поглощение нефти происходит  с применением различного типа адсорбентами, например, алюмосиликатными микросферами или оксидом алюминия и последующее выжигание нефти из пор сорбента путём горения.
• В качестве абсорбента нефти также можно применять тонко размолотый порошок активированного угля. Он равномерно напыляется на нефтяное пятно, и оно сразу перестает растекаться. Нефть, успевшая смешаться с водой и ставшая негорючей, вскоре приклеивается к угольным частицам. После этого пленку можно снять и сжечь.
•  Так же можно налить на поверхность нефтяного пятна расплавленный парафин. При отвердевании он захватит нефть, а твердую массу можно собрать механическим способом.

Исследование

Я решила проверить на практике действенность этих методов. Для очистки воды от нефтяного загрязнения я использовала следующие приемы:

1) ограждение;

2) осаждение;

3) рассеивание;

4) сжигание.

Как я смогла убедиться, ни один из существующих способов ликвидации нефтяных пятен не является идеальным. Каждый требует особых условий и больших материальных затрат. Поэтому поиски новых технологий очистки рек  и морей от нефти должны продолжатся.

Список использованной литературы

1. Эрих В.Н. и др. Химия и технология нефти и газа. Л., 1985
   
2. Конь М.Я. и др. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность за рубежом. М., 1986
3. Наметкин С.С. Химия нефти,  Москва, 1955 г.