Технология быстрого и масштабного распыления сорбентов для ликвидации разливов нефти на водоемах

Современная экологическая и природоохранная практика, базируется на следующих основных разделах: 1)профилактика аварийных и катастрофических загрязнений окружающей среды и ее экосистем, 2)прогноз развития последствий аварийных загрязнений экосистем, 3)ликвидация загрязнений и их последствий.

Как правило, в случае аварийного розлива нефти ликвидация загрязнений начинает реализоваться на этапе развитой, крупномасштабной аварии с большим экологическим ущербом. Причина такого положения, с одной стороны в отсутствии техники, способной быстро и качественно собрать данные об уровне аварии для оперативного принятия решений и, с другой стороны, - отсутствие специальной техники для локализации и ликвидации самих розливов нефти. В настоящее время для этой цели применяются боновые заграждения и корабли–нефтесборщики, а также применяется распыление гранулированных сорбентов по поверхности нефтяных слоев и нефтяных плёнок розлива. Совершенствование технологии распыления представляется очень важным и перспективным для оперативной ликвидации розлива нефти после аварийного розлива.

Известная распылительная техника – пневматическая и механическая [1,3,4] не в состоянии обеспечить распыление малоплотных, относительно крупноразмерных, пористых гранул на расстояния более 3м и на больших площадях. В Мексиканском заливе применялся метод распыления сорбентов с вертолёта в потоке воздуха создаваемого вертолётным винтом. Но, как показывает анализ результатов, такое распыление является низко эффективным из-за отсутствия направленной прицельности, ветрового сноса до 90% сорбента и его неравномерное распределение по площади нефтяных пятен.

Модернизация этой техники не представляется перспективной, ввиду того, что даже незначительное повышение радиуса и масштаба распыления связано с многократным увеличением размеров, веса, технической сложности и стоимости распылительных установок [4]. Требуемая дальность распыления не менее 20м от границы нефтяной плёнки, исходя из необходимости снижения турбулизации нефтяной плёнки струёй воды от винтов корабля, что затрудняет эффективную работу биосорбента. Наиболее перспективными с точки зрения универсального распыления различных составов, являются импульсные распылительные пороховые системы.


Рис. 1. Зависимость дальности движения сорбента L и площади его эффективного воздействия S от величины распылительного заряда m

В 2008г. в Севастополе с МЧС проводились полигонные испытания установки импульсного распыления биосорбента. Объектами испытаний были десятиствольная установка «Импульс-10Л» (лафетный вариант) и биосорбент марки «Эколан». Результаты испытательных экспериментов показали, что прямое воздействие предварительно неохлаждённой волны пороховых газов сжигало полностью гранулы или уничтожало содержащиеся в гранулах бактерии до 50-80% от массы гранул биосорбента, в зависимости от мощности распылительного порохового заряда.

Предложено и испытано новое снаряжение ствола, позволяющее получить «холодную» метательную газовую волну, но с достаточно мощным метательным воздействием.

Это достигалось не только традиционным способом введения в заряд парафина в качестве пламегасящей добавки, но также и путем использования нового пыжа из водонаполненного поролона.

В процессе испытаний проводился также подбор оптимальной мощности распылительного заряда путем серии одиночных выстрелов из одного ствола. Постоянной величиной являлась распыляемая масса биосорбента равная 1,5 кг и заполняющая канал ствола на протяжении 600мм. Дальность и площадь распыления, а также качество распыления определяющееся полнотой локализации и нейтрализации плёнки розлива нефти на площади распыления, определялись визуально и по материалам видеосъемки. На рис.1 показаны полученные графические зависимости величин основных параметров распыления и функционального воздействия дальности и площади - от величин распылительного заряда и от начальной ствольной скорости распыления на срезе ствола.

При выбросе биосорбента из ствола образовывался равномерный, газодисперсный, вихревой, локальный фрагмент (континуум) с мощной, несущей, газовой  фазой. На протяжении всей траектории полёта происходило равномерное аэродинамическое разрушение континуума с сопутствующим эффектом проникающего и равномерного напыления гранул Лв биосорбента по значительной площади нефтяной пленки.


Рис. 2. Зависимость дальности распыления L и его площади S от количества стволов N участвующих в залпе

 

Возникал эффект «скольжения» континуума по поверхности нефтяной плёнки, создающий равномерное сплошное покрытие гранулами биосорбента площади с каплевидной формой покрытой площади и расширяющейся по траектории от среза ствола. Такое напыление обеспечивает хороший контакт гранул с нефтяной пленкой и, соответственно, эффективное впитывание нефти порами этих гранул.

Изменение мощности распылительного заряда позволило получить зависимости изменения величин площади и дальности распыления.

Их анализ показал наличие явно выраженных диапазонов оптимальных значений мощностей распылительного заряда и соответствующих величин начальных скоростей распыления, при которых достигаются наибольшие и стабильные значения площади и дальности эффективного воздействия (рис.1).

От начальных величин скоростей распыления до указанного диапазона их оптимальных величин, происходит устойчивое возрастание дальности распыления, площади равномерного покрытия и соответственно локализации-нейтрализации нефтяной пленки. После достижения максимальных величин указанного диапазона оптимальных значений начинает проявляться эффект различия величин дальностей и площадей распыления и эффективного функционального воздействия. Это различие возрастает по мере дальнейшего увеличения начальной скорости распыления.

При залповом распылении происходит взаимное усиление и слияние при оптимальном взаимодействии составляющих вихрей из отдельных стволов. Масштабы воздействия суммарного вихря повышались в 1,5-2,5 раза по сравнению с арифметической суммой площадей воздействий этих отдельных элементов, составивших единый «многоствольный» вихрь. Повышена дальность функционального воздействия до 53м, т. е. в 4,5 раз по сравнению с распылением из одного ствола, и размер площади равномерного распыления биосорбента до 450 кв. м при залпе из 5-и стволов, расположенных в шахматном порядке. Это в 2,3 раза больше чем сумма отдельных плошадей эффективного воздействия при последовательном распылении из 5-ти стволов.

Полученные высокие значения функциональных показателей позволяют уверенно предлагать технологию и многоствольный модуль импульсного распыления биосорбентов для практического использования в виде стационарных, береговых или палубных модулей на кораблях, например, на скоростных аварийно-спасательных катерах или маневренных портовых буксирах. Достигнутая дальность эффективного распыления, позволяет «расстреливать» розливы нефти и нефтепродуктов с кораблей не входя в зону розлива, так как после прохождения любого корабля или судна, особенно скоростного, по нефтяной пленке последняя становится трудно ликвидируемой. Масштаб эффективного распыления позволяет малому количеству кораблей (2-4 на акваторию порта и на прилегающую территорию побережья) надёжно и быстро ликвидировать различные нефтяные розливы, включая крупномасштабные. Для защиты определённого участка морского побережья, находящегося между этими портами целесообразно оснастить этими установками, минимум по 2-3 вспомогательных судна в каждом порту – буксиры, пожарно-спасательные плавсредства.

Удельная, усреднённая стоимость современных технологий ликвидации нефтяной плёнки на одном квадратном метре поверхности моря составляет не менее 40 евро/кв.м. Та же стоимость сбора нефти с песчаного пляжа - не менее 100 евро/кв.м., астоимость сбора нефти с каменистого берега - до 400евро/кв.м. Новая технология снижает удельную стоимость ликвидации нефтяной плёнки на воде до 4,3евро/кв.м, а время ликвидации розлива и время подготовки к работе сокращает до 20раз и до 50 раз соответственно. Разница в сроках и стоимости работ объясняется тем, что новая технология практически полностью исключает наиболее трудоёмкие и опасные операции: прохождения аварийно-спасательного корабля по плёнке розлива нефти и ручное разбрасывание биосорбента с борта корабля, сбор адсорбента, насыщенного нефтью, с поверхности воды его размещение на корабле, транспортировка к берегу, выгрузка и утилизация на берегу собранного сорбента с впитанной нефтью. Кроме того исключение этих опасных операций позволяет примерно на порядок сократить время пребывания корабля и людей в токсически опасной зоне розлива нефти.

Список літератури

1. Бровченко И.А. Численное моделирование распространения нефтепродуктов в прибрежных зонах морей и внутренних водоёмах, Диссертация, Киев-2005.
2. Мазилин О.М. Оценка небезпеки забруднення важкими нафтопродуктами донной и береговой  частини акватории Кримского пивострова в результати перевезення нафтопродуктов морскими судами. ./: Материали 11-й Всеукраинской наук. –практ. конф. «Организация управления в надзвичайних ситуациях». Киив: ИДУЦЗ УЦЗУ, 2009. – 385с.
3. Щербак М.В. Оснащення військових частин імпульсною технікою для ліквідації наслідків екологічних катастроф. // Екологія і ресурси.- Віп.19.- Київ-2008.- С.73-79.
4.Щербак М.В., Захматов В.Д., Ковалёв С.О., Гайдей В.В. Новые технологии локализации розливов нефти в море.// Нафтова і газова промисловість, №6(242), 2008, С.55-57.

УДК 504.054+504.4.054
Щербак Н. В. Технология быстрого и масштабного распыления сорбентов для ликвидации разливов нефти на водоемах [Електронний ресурс]  / [Щербак Н. В., Захматов В. Д., Ващенко В. Н.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.2. – С.627–629. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

Оцінка: 
0
No votes yet