Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Объекты исследования и методики работы 11
1.1. Характеристики нефти и нефтепродуктов 11
1.2. Характеристики сорбентов 18
1.3. Методика проведения исследований
1.3.1. Определение свойств нефти и нефтепродуктов 19
1.3.2. Исследование испарения нефти и нефтепродуктов 20
1.3.3. Адгезия пленок нефти на образцах различных материалов 21
1.4. Методика исследования сорбции нефти, нефтепродуктов и органических веществ с поверхности воды 22
1.5. Исследование поглощения воды, разлитых нефти и нефтепродуктов на поверхности воды при помощи моделей матов и бонов 23
1.6. Кинетика поглощения нефти и нефтепродуктов 24
1.7. Экстрагирование растительного масла из сорбента 25
1.8. Методики исследования ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на поверхности почв и очистки почвы от нефтепродукта 27
1.9. Методики рекультивации почвы 27
ГЛАВА 2. Испарение разливов нефти и нефтепродуктов 29
2.1 .Методы расчета испарения разливов 29
2.2,Определение количества вещества, испаряющегося в воздух 33
2.3. Испарения нефти и нефтепродуктов в воздух 39
ГЛАВА 3. Исследование адгезионных свойств барабанных нефтесобирающих элементов нефтесборщиков 55
3.1. Исследование процесса адгезии пленки нефти на поверхности различных материалов 59
3.2. Анализ результатов исследования процесса адгезии пленки нефти на поверхности различных материалов 75
3.3. Исследование сбора разлитой нефти рабочими элементами барабанных нефтесборщиков 93
ГЛАВА 4. Исследование свойств сорбента "DULROMABSORB" по ликвидации аварийных разливов нефти, нефтепродуктов и органических веществ на поверхности воды 93
4.1. Теоретические основы очистки аварийных разливов 93
4.1.1. Абсорбционная очистка воды и почвы 93
4.1.2. Коагуляционные методы ликвидации разлива нефти 103
4.1.3. Диспергирующие средства ПО
4.1.4. Применение микроорганизмов для очистки почвы и воды от нефти, нефтепродуктов и буровых отходов 118
4.2. Характеристика плодов дерева SUMAUMA 121
4.3. Природа гидрофобности сорбента "DULROMABSORB" 125
4.4. Сорбция органических веществ и нефтепродуктов сорбентом "DULROMABSORB"
4.4.1. Сорбция нефтепродуктов с поверхности воды 128
4.4.2. Поглотительная способность сорбента "DULROMABSORB", при ликвидации разливов органических веществ на поверхности воды 141
4.5. Кинетика поглощения нефти и нефтепродуктов слоем сорбента "DULROMABSORB" 154
ГЛАВА 5. О ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов при помощи сорбентов "GAbsorb-І" и "GAbsorb-2"-- 160
5.1. Исследование процесса сбора нефти и нефтепродуктов при аварийных разливах при помощи сорбента "GAbsorb-І" 161
5.2. Исследование процесса сбора нефти и нефтепродуктов при аварийных разливах при помощи сорбента "GAbsorb-2" 168
ГЛАВА 6. Исследование процесса экстрагирования растительного масла из сорбента "DULROMABSORB" 180
ГЛАВА 7. Исследование проницаемых оболочек, заполненных сорбентом "DULROMABSORB" и особенности их работы при ликвидации нефтяных разливов 188
7.1. Маты с проницаемыми оболочками 289
7.2. Разработка конструкций нефтепоглощающих боновых ограждений 210
ГЛАВА 8. Исследования по ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов с поверхности почв с помощью сорбента "DULROMABSORB" 215
8.1. Исследование процесса сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности почв сорбентом "DULROMABSORB" 218
8.2. Исследование процесса рекультивации почвы после сбора нефти и нефтепродуктов 224
Общие выводы 254
Список литературы
- Определение свойств нефти и нефтепродуктов
- Испарения нефти и нефтепродуктов в воздух
- Анализ результатов исследования процесса адгезии пленки нефти на поверхности различных материалов
- Применение микроорганизмов для очистки почвы и воды от нефти, нефтепродуктов и буровых отходов
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Ликвидация аварийных разливов нефти, нефтепродуктов и органических веществ на почве и воде относится к наиболее проблемным задачам охраны окружающей среды.
Из различных источников в Мировой океан ежегодно поступает до 10 млн тонн нефти и ее производных (1 тонна нефти, растекаясь по поверхности воды, образует пленку толщиной от микрометров до 2 см и площадью около 12 км2).
В России основная масса нефти добывается в Сибири (в Тюменской, Томской и Иркутской областях), по трубопроводам нефть перекачивается в различные уголки страны, страны ближнего и дальнего зарубежья. Эти трубопроводы проходят под землей и под водой. Часто, особенно в воде, в трубах в результате коррозии появляются трещины, через которые нефть начинает просачиваться наружу. За 2002 – 2004 гг. на нефте- и продуктопроводах России было зарегистрировано 65 случаев значительных аварий. При этом происходит попадание углеводородов в почву, что влечет за собой ущерб для растительного и животного мира, водных объектов. В результате аварийных разливов теряется до 1 млн тонн нефти в год. В связи с возрастанием аварийности систем трубопроводного, железнодорожного и автомобильного транспорта нефти и нефтепродуктов и обострением проблемы охраны окружающей среды в перечень чрезвычайных ситуаций входит и ликвидация аварийных разливов нефти. Одним из путей решения этой задачи является сбор тонких слоев разлитой нефти и нефтепродуктов с поверхности воды и почвы при помощи сорбентов. Анализ технических условий сбора нефти и нефтепродуктов и физико-химических закономерностей сорбции, многочисленные литературные данные по исследованию свойств различных сорбентов позволили сформулировать комплекс основных требований к оптимальному сорбенту для сбора нефти и нефтепродуктов: гидрофобность, олеофиность, доступность и низкая стоимость.
Для ликвидации особенно опасных c экологических позиций разливов тонких слоев нефти, нефтепродуктов и органических веществ на поверхности воды преимущественно используют сорбенты. Существует большое количество разнообразных сорбентов растительного и промышленного происхождения, однако при этом специализированные высокоэффективные промышленные сорбенты, такие как поролон, синтепон, карбамидформальдегидная смола, весьма дороги, а дешевые растительные отходы (солома, шелуха гречихи, опилки, торф и др.) имеют низкую поглощающую способность, кроме того, многие из сорбентов гидрофильны и не могут эффективно использоваться для сбора органических веществ с поверхности воды.
Методы ликвидации аварийных разливов основаны на механических, физико-химических и биологических способах воздействия на разлив.
Физико-химические методы включают в себя диспергирование, гелеобразование, сорбцию, адгезию и другие способы выделения нефтяной фазы и широко применяются как самостоятельно, так и в сочетании с другими способами.
Таким образом, разработка эффективных методов ликвидации аварийных разливов органических веществ является актуальной задачей.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является формирование оценки экологической ситуации на месте разлива нефти, нефтепродуктов и органических веществ и поиск дешевых сорбентов и материалов, необходимых для разработки нефтесобирающих элементов нефтесборщиков адгезионного и сорбционного типа, которые могут быть установлены как на отечественные, так и на импортные конструкции.
Для решения этой задачи было необходимо:
– исследовать с позиции оценки экологической ситуации некоторые особенности испарения разлитых нефти и нефтепродуктов в окружающую среду;
– исследовать адгезию нефти и воды на поверхности различных материалов, используемых в конструкциях нефтесобирающих элементов нефтесборщиков;
– выполнить сопоставительный анализ работы нефтесобирающих элементов импортных и российских нефтесборщиков;
– разработать новые высокоэффективные и дешевые сорбенты;
– исследовать максимальное количество нефтепоглощения и водопоглощения сорбентами “DULROMABSORB”, “GAbsorb-1” и “GAbsorb-2” и аналогичные характеристики при реальных условиях сорбции;
– выполнить сопоставительный анализ свойств различных сорбентов при сорбции нефтепродуктов с поверхности воды и почвы.
– оценить возможность использования почвы после ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов для выращивания культурных растений.
-
Разработаны три новых вида волокнистых универсальных олеофильных и гидрофобных сорбентов “DULROMABSORB”, “GAbsorb-1” и “GAbsorb-2” для ликвидации аварийных разливов широкого спектра нефтепродуктов от индивидуальных углеводородов до нефтей на базе плодов дерева “SUMAUMA”.
-
Доказано, что гидрофобность разработанных волокнистых сорбентов определяется наличием на их поверхности пленки растительного масла; впервые определен качественный и количественный состав масла, состоящего, в основном, из глицеридов олеиновой, линолевой и пальмитиновой жирных кислот.
-
Показано, что поглощение органических веществ волокнистыми сорбентами описывает физика капиллярных явлений, дана оценка пространственных структурных характеристик слоя сорбента “DULROMABSORB”.
-
Сформирован банк данных по параметрам сорбционного сбора с поверхности воды и почвы разлитых нефти, нефтепродуктов и органических веществ сорбентами “DULROMABSORB”, “GAbsorb-1” и “GAbsorb-2”.
-
Определены сорбционные характеристики и обоснованы размеры нефтесобирающих матов с оболочками из нефтепроницаемых материалов, заполненных сорбентом “DULROMABSORB”.
-
Получены эмпирические уравнения кинетики испарения ряда нефтей и нефтепродуктов при аварийных разливах с учетом скорости ветра для оценки состояния разлива перед его ликвидацией.
-
Изучено влияние основных технологических и конструктивных параметров на интенсивность адгезионного сбора нефти дисковыми и барабанными нефтесборщиками; показано, что зависимость производительности адгезионных нефтесборщиков барабанного типа от числа оборотов носит экстремальный характер, а от толщины собираемого слоя от числа оборотов носит асимптотической характер.
-
Предложены технологии обработки почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, сорбентом “DULROMABSORB”.
1. Получены опытные данные, характеризующие испаряемость нефти и нефтепродуктов, которые позволяют оценить мощность разлива к моменту его сбора.
2. Выполнен сопоставительный анализ различных материалов для изготовления отечественных рабочих элементов нефтесборщиков барабанного типа и нефтесборщиков сорбционного типа.
3. Разработано три вида новых высокоэффективных и дешевых сорбентов на основе плодов дерева SUMAUMA, собирающих обширный спектр нефтепродуктов в широком диапазоне температур.
4. Получены данные, необходимые для использования сорбента “DULROMABSORB” в дисперсном состоянии, в матах, салфетках и боновых ограждениях.
5. Предложен процесс очистки объема загрязненной нефтепродуктами почвы сорбентом “DULROMABSORB”.
6. Выполнен количественный анализ всхожести растений и динамики их роста при рекультивация черноземной почвы после осушки объема почвы от нефтезагрязнения.
7. Проанализирована потребность в сорбентах, матах, адгезионных и адсорбционных нефтесборщиках для ликвидации конкретных мощностей аварийных разливов нефти.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались на конференциях:
– III Всеукраiнськой науково – методичной конференцiи iз мiжнародным участю “Екологiя та iнженерiя. Стан, наслiдки, шляхи створения екологiчно чистих технолоiй” (Днiпродзержинськ, 2000);
– II Международном симпозиуме “Наука и технология углеводородных дисперсных систем” (Уфа, 2000);
– 4-й Международной научно-практической конференции “Высокие технологии в экологии” (Воронеж, 2001);
– Международной технической конференции “На пути к устойчивому развитию регионов. Проблемы экологии” (Уфа, 2001);
– II международной научной конференции “Качество– стратегия XXI в.” (Томск, 2000);
– II Международной научной конференции “Теория и практика массообменных процессов химической технологии” (Уфа, 2001);
– V Международной экологической конференции студентов и молодых ученых “Экологическая безопасность и устойчивое развитие” (Москва, 2001);
– конференции “Промышленность. Экология. Безопасность” (Уфа, 2005);
– IV Международной научно-практической конференции “Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России” (Пенза, 2006);
– Международной конференции “Перспективы развития химической переработки горючих иcкопаемых” (Санкт-Петербург, 2006);
– Третьей Всероссийской научной конференции “Теория и практика массообменных процессов химической технологии (Марушкинские чтения)” (Уфа, 2006);
–XIV Международной конференции–выставке “Нефтегазопереработка и нефтехимия” (Уфа, 2006);
– V Международной научно-практической конференции “Природно-ресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России” (Пенза, 2006);
– II Международной научно-практической конференции “Экологические проблемы современности” (Пенза, 2006);
– XI Международной научно-практической конференции “Экология и жизнь” (Пенза, 2006);
– конференции “Экология человека: факторы риска, экологической безопасности и управления рисками” (Пенза, 2007);
– Международной научно-технической конференции “Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов” ЕLPIT 2007 (Тольятти, 2007);
– Четвертой Международной научно-практической конференции “Гуманитарные и естественно-научные факторы решения экологических проблем и устойчивого развития” (Новомосковск, 2007);
– IV Всероссийской научно-практической конференции “Нефтегазовые и химические технологии” (Самара, 2007);
– VII Всероссийской научно-практической конференции “Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание” (Пенза, 2007);
– II Международной научно-технической конференции “Аналитические и численные методы моделирования естественно-научных и социальных проблем” (Пенза, 2007).
–VII Конгрессе “Нефтегазопераработка и нефтехимия – 2007” (Уфа, 2007).
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 58 печатных работ, в том числе 1 монография, 31 статьей и тезисы 26 докладов.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, восьми глав, основных выводов, списка литературы и трех приложений. Работа изложена на 336 странице, включает 75 рисунков, 111 таблиц; список литературы из 257 наименований,
Определение свойств нефти и нефтепродуктов
Целью работы является исследование кинетики абсорбции нефтепродуктов сорбентом "DULROMABSORB" с определением скорости и высоты подъема нефтепродуктов в слой сорбента для характеристики условий работы сорбента в матах. Стеклянная трубка с сорбентом фиксировалась в вертикальном положении, касаясь слоя нефти или нефтепродуктов (рис. 1.5). В процессе контакта сорбента с нефтью и нефтепродуктами последние поднимаются снизу вверх, маркировка трубки позволяет измерить высоту и время подъема слоя нефти и нефтепродуктов в слой сорбента.
За минимальное время контакта нефти и нефтепродуктов с сорбентом было принято время, равное 1-10 минутам. При увеличении времени контакта более 10 мин нефть и нефтепродукты прекращают впитываться в сорбент.
К определению кинетики поглощения нефти и нефтепродуктов сорбентом "DULROMABSORB": 1 - нефть в емкости; 2 - градуированная труба; 3 - набивка сорбента; 4 - подъема нефти (нефтепродуктов) в слой сорбента; 5 - штатив.
Для извлечения растительного масла из сорбента выполнялась его обработка в аппарате Сокслета хлороформом с последующим испарением растворителя. Аппарат Соксалета состоит из холодильника, цилиндра, где расположен обрабатываемый сорбент или семена плодов, и экстракционного баллона. Жидкий растворитель рециркулирует в аппарате, что дает возможность отделять масло от сорбента, постепенно концентрируя его в экстракционном баллоне (рис. 1.6). В каждом опыте в систему вводилось 250 мл хлороформа. Опыт проводился в течение недели по 6 часов в день. После извлечения растительного масла из экстрактного раствора выполнялся его анализ методом хромато-масс-спектроскопии.
Схема экспериментальной установки: 1 - холодильник; 2 -экстратор Сокслета; 3 - набивка сорбента или измельченных семян; 4 -экстрационый балон; 5 - экстракт; 6 - плитка; 7 - штатив
При этом растительное масло предварительно переводилось в метиловые эфиры методом переэтерификации. Для этого к навеске (2 - 3 г) масла добавлялся 8-10 процентный избыток (по стехеометрии) безводного метанола. Затем добавлялся катализатор - 1 мл IN раствора NaOH в метаноле.
Смесь кипятилась с обратным холодильником и перемешивалась магнитной мешалкой 4 часа. Затем смесь трижды отмывалась водой, и эфиры высушивались.
Полученные эфиры исследовались методом хромато-масс-спектрометрии на приборе MD-800 с капиллярной колонкой DB-5MS длиною 50 м, внутренним диаметром 0,25 мм. Хроматограф работал в режиме программирования с нагревом от 50 - 250 С со скоростью 10 град/мин. Газ-носитель - гелий. 1.8. Методики исследования ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на поверхности почв и очистки почвы от нефтепродукта При очистке почвы от нефти и нефтепродуктов взвешивали навеску почвы, измеряли высоту слоя, загрязняли почву определенным объемом нефти либо нефтепродуктов путем разлива их на поверхности почвы, измеряли глубину смачивания почвы нефтью или нефтепродуктом. Если над почвой при полном смачивании собирался избыток нефти почвы, то избыток продуктов был поглощен сорбентом с проведением тех же измерений, что и для сорбента, использующегося для ликвидации разливов с поверхности воды. Далее диспергированный сорбент массой 9-11 г перемешивали с загрязненной почвой или укладывали послойно системой сорбент-почва, оставляя образцы на сутки для осушки. Затем разделяли сорбент с поглощенной нефтью (или нефтепродуктом) и осушенную почву друг от друга, взвешивали сорбент с поглощенным продуктом и почву. Далее отжимали сорбент и определяли отжатый объем нефти или нефтепродукта.
Для почвы, загрязненной нефтью, проводилась повторная очистка с помощью сорбента, чтобы извлечь остатки нефти из почвы. Очищенную почву оставляли на неделю для дополнительного испарения нефти, при этом почву периодически рыхлили и переворачивали для того, чтобы нижние слои почвы тоже очистились.
После процесса осушки почву закладывали в тару для дальнейшего процесса рекультивации.
Испарения нефти и нефтепродуктов в воздух
В литературе часто встречаются неточности при описании процесса испарения. Так, например, не принимается во внимание известный факт, что если выделить некоторый объем газа и переместить его против направления силы тяжести, то в случае, когда перемещенное количество вещества в новом месте будет иметь плотность меньше, чем окружающий газ, выделенный объем будет еще более удаляться от первоначального слоя [75, 76]. Процесс молекулярной диффузии паров теряет устойчивость даже в неподвижных средах, если молекулярная масса испаряющихся жидкостей меньше молекулярной массы контактирующего с ней газа. При некотором критическом времени возникает конвекция, заметно увеличивающая скорость испарения. Эти ситуации возможны при разливах легких нефтепродуктов, в состав которых входят метан и этан.
Испарение нефти - это процесс выделения из нее молекул растворенных легких углеводородов. Согласно кинетической теории, процесс испарения нефти является результатом беспорядочного теплового движения молекул углеводородов и сопутствующих им газов; скорость их в очень широких пределах отклоняется от среднего значения. Часть молекул, находящихся в поверхностном слое нефти и обладающих кинетической энергией, достаточной для преодоления сил сцепления, вырывается в газовую фазу, расположенную над поверхностью нефти. Если энергию отрыва молекул от поверхностного слоя обозначить Е, то в газовую фазу вырвутся молекулы, для которых [132] где m - масса молекулы; v- скорость ее движения. Работа отрыва молекулы от поверхностного слоя нефти Е зависит от вязкости нефти и коэффициента поверхностного натяжения на границе нефть-газ.
При отражении от поверхности нефти часть молекул вырывается из объема нефти в результате диффузии и конвенции в газовую фазу, расположенную над нефтью, и безвозвратно теряется в ходе процесса испарения нефти.
Чем выше температура нефти, тем больше средняя кинетическая энергия молекул углеводородов и тем больше найдется в ней таких молекул, которые вследствие большой скорости их движения смогут проходить через границу нефти в газовую зону. Естественно, с повышением температуры испаряемость нефти увеличивается вместе с увеличением давления насыщенных паров нефти. При этом испарение нефти происходит до тех пор, пока парциальное давление углеводородов, выделившихся из нефти, меньше давления насыщения ее паров. Давление насыщенных паров нефти устанавливается при температуре ее поверхностного слоя. Чем больше содержание легких углеводородов в нефти, тем выше давление ее насыщенных паров и тем более интенсивно нефть испаряется.
Продуктами испарения нефти, в общем виде, является смесь легких углеводородов, выделившихся в процессе ее испарения. Иногда они будут представлять газо-воздушную смесь. При соответствующих условиях (например, в резервуарах) воздуха может и не быть в продуктах испарения, тогда они будут представлять только смесь легких углеводородов, выделившихся из нефти [35, 43, 118-123, 175, 187].
Скорость испарения нефти при одинаковых условиях зависит от содержания в ней легких углеводородов, которое, в свою очередь, зависит от содержания этих углеводородов в пластовой нефти, а для одной и той же нефти - и от режима сепарации газа. Нефть с большим содержанием метана, этана и сопутствующих газов будет при одних и тех же условиях испаряться быстрее, чем нефти с меньшим содержанием этих веществ.
При испарении нефти, в процессе ее сбора и обработки, испаряется не вся нефть, а только ее головная часть, т.е. легкие углеводороды, содержащиеся в ней в сравнительно малом количестве. После выделения из нефти метана, этана и сопутствующих газов, пропан-бутановой и бензиновой фракций нефть можно считать относительно стабильной, почти не подверженной испарению. Поэтому углеводороды, испарившиеся из нефти, или потерянные углеводороды, следует отнести не к ее весу или объему, а только к потенциальному содержанию их в нефти, подвергающейся испарению.
Существует много методов определения потерь углеводородов при испарении нефти. Все они основаны на непосредственном измерении толщины слоя разлива нефти, количества продуктов испарения, -концентрации углеводородов по вертикали парового пространства и на изменении таких физических свойств нефти, как давление насыщенных ее паров, плотность и углеводородный состав до и после ее испарения [126 — 128, 133, 142, 149, 151, 176, 177].
При испарении нефти сначала выделяются в большом количестве легкие углеводороды, имеющие меньшую плотность и более высокое давление насыщенных паров, а затем, в меньшей степени, более тяжелые углеводороды. При испарении из нефтей легких нефтепродуктов увеличиваются вязкость, молекулярная масса и плотность нефти. Наряду с этим давление насыщенных паров нефти уменьшается.
Анализ результатов исследования процесса адгезии пленки нефти на поверхности различных материалов
Зависимость толщины слоя на поверхности барабана нефтесборщика "Магнум -100" при сборе сибирской нефти от числа оборотов: 1-толщина слоя нефти на поверхности воды 2,4-2,8 мм; 2-толщина слоя нефти на поверхности воды 1-1,2 мм
Этот параметр можно также интерпретировать как толщину слоя нефти, удерживаемой за счет адгезии на поверхности барабана. Для нефтесборщиков "Магнум - 100" зависимость толщины слоя сибирской нефти от числа оборотов барабана носит экстремальный характер с достижением максимума на уровне 0,5 - 0,8 мм при 40 об/мин (рис.3.4).
Указанную закономерность можно объяснить, исходя из двух факторов, влияющих на формирование толщины пленки на поверхности барабана, - времени контакта со слоем нефти на поверхности воды тк и времени переноса этой пленки из зоны контакта в зону сбора нефти тп . При медленном вращении и большой величине тп часть сформировавшейся на поверхности барабана пленки нефти под действием сил гравитации успевает стечь по барабану назад в слой нефти на поверхности воды, при большой скорости вращения величина тк мала и на нефтесобирающей поверхности барабана пленка нефти не успевает сформироваться в слой достаточно большой толщины и начинается захват и удерживание капель и пленок воды поверхностью барабана (рис. 3.5). В этой связи максимальная удельная производительность поверхности нефтесобирающего элемента для каждого вида нефти или нефтепродукта может быть достигнута путем подбора числа оборотов агрегата, а величина удельной производительности может рассматриваться как критерий оценки эффективности работы рабочего элемента нефтесборщика и аппарата в целом.
По данным, полученным при сборе нефти на образцах материалов методом физического моделирования, можно выполнить прогнозирование времени контакта нефти на рабочих элементах нефтесборщика. Так, например, при сборе нефти на поверхности воды барабан контактирует с нефтью в течение 3 с за 1 об/мин, что эквивалентно 360. Расчетное время контакта нефти с нижний частью барабана при угле наклона 120 составляет 1 с за 0,33 об/мин, что соответствует времени, при котором образцы жести контактируют с нефтью во время проведения опыта и составляют 1 с.
В качестве импортзамещающего материала при изготовлении барабанов (для замены пришедших в негодность барабанов нефтесборщика "Магнум 100"), основываясь на испытании ряда материалов по адгезии практически одинаковых по вязкости арланской и кушкульской нефтей (табл. 3.13), предложено применить оцинкованную сталь (жесть толщиной 0,8-1 мм) как достаточно доступный, дешевый и легкий в обработке материал с достаточно высокой величиной адгезии нефти, приводящей к формированию на пластинах стали слоев нефти толщиной около 0,3 мм в условиях статических испытаний.
Так как в условиях изготовления барабанов из оцинкованной стали приходилось использовать готовую оснастку предприятий, исследованные три варианта барабанов имели размеры, несколько отличающиеся от барабанов нефтесборщика "Магнум-100": - барабан № 1 диаметром 310 и длиной 390 мм с гофрированной поверхностью обечайки изготовлен на Уфимском унитарном предприятии "Химпром"; - барабан № 2 диаметром 436 и длиной 437мм (наиболее близкий по размерам барабану нефтесборщика "Магнум -100") изготовлен на Стерлитамакском заводе "Каустик"; - барабан № 3 диаметром 400 и длиной 440 мм кустарного изготовления.
Барабан №1 имел гофрированную поверхность обечайки, остальные — гладкую; исходя из геометрии рабочей поверхности барабанов предполагалось, что гофрированная поверхность обеспечит в 1,57 раз большую производительность устройства по сбору нефти по сравнению с гладкой при прочих равных условиях. С учетом некоторой разницы в размерах барабанов можно было ожидать, например, производительность у гофрированного барабана № 1 одинаковую с производительностью существенно большего гладкого барабана № 2 при допущении одинакового характера адгезии нефти на гладкой и гофрированной поверхностях.
Применение микроорганизмов для очистки почвы и воды от нефти, нефтепродуктов и буровых отходов
После открытия способности микроорганизмов ассимилировать углеводороды прошло более полувека, прежде чем биологи перестали считать эти процессы микробиологической экзотикой. И лишь в последние 15-20 лет появилась убежденность, что это свойство широко распространено в мире микробов. Стало общепризнанным фактом, что микроорганизмы в состоянии сравнительно легко превращать молекулы в углеводороды — в вещества, весьма устойчивые к действию химических реагентов.
Микробиологическое превращение углеводородов представляет собой особую область из-за некоторых особенностей этих процессов. Их специфика обусловлена своеобразием углеводородов как химических соединений — предельной восстановленностью и связанными с этим гидрофобными свойствами. Оказалось, что гидрофобность углеводородных веществ имеет большое значение для химизма микробиологического окисления этих соединений, их транспорта в микробную клетку, динамики роста культур, их физиологии, многих аспектов технологии процессов, связанных с применением субстратов углеводородной природы [19, 33, 41, 49, 67, 145, 185].
Все реакции микробиологического превращения углеводородов являются окислительными процессами. Предельная восстановленность этих веществ делает необходимым для их окисления включение кислорода. Гидрофобный характер молекулы углеводородов является причиной того, что процессы окисления осуществляются оксигеназами, в отличие от окисления более гидрофильных веществ, происходящего под действием дегидрогеназ. Гидрофобность углеводородных субстратов и их ничтожная растворимость в воде требует специфического способа транспорт таких веществ в клетку. Этот процесс еще недостаточно изучен, но имеющиеся в настоящий момент данные говорят о том, что на основном этапе он происходит пассивно, поэтому способы поступления углеводородного субстрата к клеткам в водной среде и его транспорта через оболочку существенно влияют на кинетику роста культур на углеводородных средах [60,61,63,67,74,79, 82,].
Превращение веществ углеводородной природы, которые могут представлять интерес (в частности для экологии), осуществляется в основном двумя путями. 1) в процессе культивирования микроорганизмов на средах с углеводородами, в качестве единственного источника углерода и энергии; 2) в процессах соокисления с культурами, растущими за счет других ростовых субстратов [150,161-164,186, 198,201]. Характерной особенностью процесса ассимиляции углеводородов в качестве источника углерода является часто встречающееся накопление промежуточных продуктов в культуральной среде микроорганизмов, растущих за счет таких субстратов. Эта особенность позволяет использовать процессы микробиологического окисления углеводородов для получения некоторых веществ. Концентрацию накапливающегося соединения можно значительно повысить тем или иным способом, варьируя условия культивирования, применяя ингибиторы и так далее. Обоснованность такого подхода и достигнутые успехи позволяют рассчитывать на возможность промышленного использования этого свойства микробных культур.
Второй способ получения продуктов окисления углеводородов -соокисление. Этот метод открывает перспективы в технической микробиологии. Он привлек внимание специалистов в связи с трансформацией углеводородов и широко используется в лабораторной практике.
Способность усваивать углеводороды нефти присуща микроорганизмам, представленным различными системными группами. К ним относятся некоторые виды микромицетов, дрожжей и бактерий. Наиболее активные деструкторы встречаются среди бактерий. Они характеризуются способностью к усвоению широкого спектра углеводородов, включая и ароматические, обладают высокой скоростью роста и, следовательно, представляют практический интерес. Все известные бактерии-деструкторы относятся и к аэробным, и к факультативно-аэробным микроорганизмам. Из них наиболее типичными обитателями почвы являются бактерии родов Pseudomonas, Bacillus, Rhodococcus.
Микроорганизмы, способные усваивать углеводороды нефти, могут быть использованы для решения экологических проблем, поэтому при поиске микроорганизмов-деструкторов необходимо учитывать, что вносимая в почву микробная биомасса не должна быть чужеродной для почвенной микрофлоры. Еще одним важным требованием к микроорганизмам является их непатогенность. Микробные клетки могут подвергаться воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, к которым относятся колебания температуры, высокая и низкая влажность, изменение рН среды, нехватка питательных веществ. Следовательно, микроорганизмы-деструкторы должны обладать высокой жизнестойкостью.
Примером деградации углеводородов нефти бактериями может служить разложение углеводородов штаммом Bacillus megaterium 1BD. Этот штамм характеризуется широким спектром утилизации, в том числе моно- и полициклических соединений. Наилучший рост культуры отмечен в среде с насыщенными углеводородами нормального строения - гексадеканом, хороший рост на средах с ароматическими углеводородами - бензолом, толуолом [208,209,247-251].
