Введение к работе
Актуальность проблемы. Миллионы тонн нефти ежегодно попадают в гидросферу, порождая одну из важнейших проблем современности - проблему защиты Мирового океана от нефтяного загрязнения.
Нефть в надпороговых концентрациях, диспергированная в водной среде, нарушает экосистемы Мирового океана. Поверхностная пленка нефти препятствует мореплаванию, вызывает опасность пожаров, загрязняет береговые зоны, затрудняет влаго-, газо- и теплообмен между океаном и атмосферой
С экологическими проблемами нефтяного загрязнения тесно связаны задачи рационального использования добываемой нефти, до 5% которой безвозвратно теряется при добыче, транспортировке, хранении и переработке, а также при применении нефтепродуктов.
Реальные результаты осуществляемых мероприятий по предотвращению нефтяного загрязнения, несмотря на огромные затраты, радикально не могут улучшить бедственную экологическую ситуацию в региональном и глобальном масштабах из-за того, что современный уровень научных знаний о причинах и механизмах влияния нефтяного загрязнения на природу не соответствует значимости и сложности этих явлений.
Поэтому исследование взаимодействия производства и природной среды на примере нефтяного загрязнения Мирового океана является весьма актуальной научной проблемой и имеет большое теоретическое и практическое значение
В работе решены фундаментальные проблемы, связанные с установлением объективных причин нефтяного загрязнения природы, форм миграции и механизмов трансформации загрязняющих веществ нефтяного происхождения в Мировом океане. На основе результатов теоретических исследований решена важнейшая практическая проблема предотвращения техногенного нефтяного загрязнения гидросферы.
Цель и задачи работы. Цель исследований состояла в разработке научных основ, практических способов и технических средств предотвращения нефтяного загрязнения гидросферы. Задачи работы включали разработку методологии исследования, установление причин и основных источников загрязнения, форм миграции и механизмов трансформации нефти в Мировом океане, технико-экономико-экологический анализ основных производств, относящихся к доминирующим источникам нефтяного загрязнения и их экологическое совершенствование
Объекты исследования:
1 Технологические процессы добычи, первичной переработки, транспортировки нефти, очистки нефтеналивных емкостей, машин и деталей;
2. Нефти, нефтепродукты, асфальто-смоло-парафиновые отложения (АСПО) ряда месторождений, нефтеостатки из танкеров, барж, железнодорожных цистерн, ре-
зервуаров, авиационных, автомобильных, тракторных, судовых ДВС, машин и механизмов;
-
Нефтеводяные дисперсные системы,
-
Вода и донные осадки морей (Балтийского, Черного, Баренцева и Каспийского) и рек России и СНГ в фоновом состоянии и в периоды крупных аварий с разливами нефти
Научная новизна работы:
1. Создана методология исследования нефтяного загрязнения гидросферы,
основанная на комплексном подходе к процессам образования нефтяных загрязне
ний в техногенезе и последующего взаимодействия этих загрязнений с факторами
природной среды,
2. Показано, что свыше 85% загрязнений нефтяного происхождения (НЗВ) попа
дает в гидросферу при безаварийных ситуациях и существенно отличается по со
ставу и свойствам от добываемых нефтей и товарных нефтепродуктов,
3 Установлено, что главной формой поступления НЗВ в природные воды являются нефтеводяные эмульсии, при образовании которых происходит изменение химических, физических и других свойств НЗВ;
-
Приведены данные о количественном соотношении форм миграции НЗВ в море и реках и их пространственно-временные характеристики;
-
Выявлена специфика состава и свойств каждой из форм существования НЗВ в гидросфере и их влияния на процессы, протекающие в водной среде и на геохимических барьерах,
-
Исследован механизм трансформации НЗВ в гидросфере, заключающийся в разрушении нефтяной эмульсии (первичная форма) с образованием вторичной поверхностной пленки, высвобождением полярных компонентов НЗВ с последующим концентрированием их на различных границах раздела и сорбцией на взвеси,
-
Установлены основные причины, технические, экономические и экологические последствия образования устойчивых нефтеводяных дисперсных систем в современных промышленных и транспортных технологиях, показана целесообразность и возможность уменьшения количества и улучшения качества нефтеводяных дисперсий на стадиях их образования;
8. Получены термодинамические уравнения, позволившие рассчитать оптимальный уровень полной, механической и физико-химической энергии, необходимой для осуществления замкнутого водоиспользования в промышленных и транспортных технологиях и установить тот факт, что. в современных процессах большая часть вводимой энергии (свыше 99,99%) расходуется не на полезную работу, а на образование и стабилизацию нефтеводяных эмульсий ;
9 Разработана концепция технико-экологического совершенствования промышленных и транспортных технологий, предложены и реализованы новые физико-химических методы и технические средства для ее реализации.
Достоверность выводов.
Теоретические выводы подтверждены результатами натурных и экспериментальных исследований и в основном укладываются в общие научные представления об анализируемых процессах океанологии, гидрохимии, физико-химии дисперсных систем, химии нефти, термодинамики, экономики, технологии основных производств; морской молисмологии, охраны окружающей среды и рационального природопользования, антропогенной экологии океана, эконологии.
. Практическая ценность и реализация результатов работы. Результаты работы широко используются как в гидрохимических исследованиях, так и при разработке и совершенствовании целого ряда горно-нефтяных, промышленных и транспортных технологий. Они реализованы в частности, в рецептурах и технологии применения разработанных автором многофункциональных реагентов для добычи и транспорта нефти МЛ-80, ВРК, НМК, ВРК-С; технических моющих препаратов типа МЛ-51, МЛ-52, ТЕМП-100, ТЕМЛ-100А; технических моюще-деэмульгирующих средств серии "Д" - ТЕМП-100Д, ТЕМП-200Д, МЛ-80Д, МЛ-88Д; растворяюще-эмульгирующих средств; технологий и оборудования очистки поверхностей от нефтепродуктов с замкнутым водоиспользованием; технологии добычи и трубопроводного транспорта вязких неф-гей с внутрискважинной деэмульсацией и т.д. Все эти разработки испытаны, освоены производством и в широких масштабах применяются на предприятиях различных отраслей промышленности и транспорта, обеспечивая реальную техническую и экономическую эффективность
Автор выносит на защиту:
вывод о том, что основная масса нефтяных загрязнений (свыше 85%) попадает в гидросферу при "нормальных", безаварийных ситуациях и не является нефтью или товарными нефтепродуктами, а представляет собой продукты их видоизменений, существенно отличащиеся от нефти по составу и свойствам.
вывод о том, что доминирующей формой поступления НЗВ в гидросферу являются нефтеводяные эмульсии, при образовании которых происходит дальнейшее изменение химических, физических и других свойств загрязняющих зеществ и механизмов их влияния на водоемы и водные организмы;
результаты исследования различных форм существования НЗВ в гидросфере, их эволюции и трансформации и вывод о несоответствии принятого в гидрохимических и экологических исследованиях метода оценки нефтяного загрязнения по содержанию "нефтяных углеводородов" уровню и механизмам влияния загрязнений на водоемы и водные организмы.
результаты системного анализа современных технологий добычи, первичной переработки, трубопроводного и водного транспорта нефти и других производственных процессов, отнесенных к основным источникам нефтяного загрязнения гидросферы, в ходе которого установлено, что образование устойчивых эмульсий не
всегда является необходимым, а в целом ряде случаев снижает техническую эффективность производств и увеличивает их потенциальную экологическую опасность;
термодинамические уравнения, позволяющие рассчитать оптимальный уровень полной, механической и физико-химической энергии, необходимой для осуществления замкнутого водоиспользования в промышленных и транспортных технологиях в зависимости от основных свойств нефти, воды и субстратов;
концепцию технико-экологического совершенствования промышленных производств, способы и технические средства ее реализации на начальных стадиях образования нефтеводяных дисперсных систем;
способы получения и технологии применения принципиально новых технических моюще-деэмульгирующих средств серии "Д" - ТЕМП-100Д. ТЕМП-200Д, МЛ-80Д, многофункциональных реагентов для добычи и трубопроводного транспорта нефти МЛ-80, ВРК, НМК, ВРК-С и др., которые не образуют устойчивых нефтеводяных эмульсий и могут снижать загрязненность нефтью использованной воды на 3 порядка.
Апробация работы Результаты исследований докладывались и обсуждались на' 2 и 3 съездах советских океанологов (1982 и 1987гг.), 4,5,6,7 и 8 всесоюзных конференциях по поверхностноактивным веществам (1972,1979,1984,1991 гг), Всесоюзном симпозиуме "Поверхностно-активные вещества и их применение в химической и нефтяной промышленности" (1972 г), 12 Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (1981 г.), Международном симпозиуме по экологии Балтийского моря (1986 г.), Ученых советах институтов ГОСНИТИ, ИО РАН, заседаниях Межотраслевого экспертного совета по содействию внедрению научно-технических достижений (1980, 1985 и 1987 гг.), Всесоюзном совещании по экономическим проблемам развития химической промышленности и химизации народного хозяйства (1966 г.), Съезде "Экономические проблемы Мирового океана" (1977 г.), 4 Всесоюзном симпозиуме по современным проблемам самоочищения и регулирования качества воды (1979 г.). Всесоюзном научно-техническом семинаре "Методология прогнозирования загрязнения океанов и морей" (1986 г.), Всесоюзных симпозиумах "Океанографические аспекты охраны морей и океанов от химических загрязнений" (1980-1990 гг), советско-финляндском симпозиуме по разработке технических средств и методов ликвидации разливов нефти на море (1989 г.), Всесоюзных семинарах: "Охрана окружающей среды от загрязнений" ГЕОХИ АН СССР (1988 г.), "Охрана окружающей среды" и "Современные экологические проблемы" (Уральский ДНТП, 1976,1979, 1983, 1988,1989 гг), "Геохимическая история и геохимия Балтийского моря"(ИОАН,1979 г.), "Промышленные технологии и охрана окружающей среды" (МДНТП, 1979-1989 гг.), "Экологические и народнохозяйственные аспекты морской геологии" (Укр.РДНТП, ИГН АН УССР, 1989 г.), Научно-технических конференциях: Баш. ВХО им. Д.И.Менделеева "Современные технические моющие средства и ПАВ" (1979, 1980. 1982, 1987 гг.), НПО Союзнефтепромхим "Состояние и перепекти-
вы развития методов борьбы с отложениями солей, парафина и асфальтосмолистых веществ в нефтепромысловом оборудовании" (1985 г.), Укр.РДЭНТП "Научные основы и технология очистки природных водоемов и промышленных сточных вод от нефтепродуктов" (1990 г.), Укр НТО "Машпром" (1986, 1989гг.), Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии машиностроения" МГАТУ им.К Э.Циолковского" (1993 г.), Координационных совещаниях по научно-техническим проблемам ГКНТ 0.74.01, 0.51.11 и др.
Вклад автора. Автором разработана методология исследования, проведены анализ источников нефтяного загрязнения и экспедиционные исследования форм миграции и механизмов трансформации НЗВ в гидросфере, выполнен термодинамический анализ процессов образования нефтеэодяных эмульсий; разработана концепция технико-экологического совершенствования производственных процессов, предложены способы получения, рецептуры и технологии применения высокоэффективных технических средств предотвращения нефтяного загрязнения гидросферы
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в книгах и сборниках "Методы и средства борьбы с нефтяным загрязнением вод Мирового океана Проблемы химического загрязнения вод Мирового оекеана. т.8" (Л. Тидрометеоиздат. 1989); "Фундаментальные науки - народному хозяйству" (М Наука 1990); "Океанографические аспекты охраны морей и океанов от химических загрязнений" (М.Тидрометеоиздат 1990); "Проблемы водоснабжения Москвы и Московской области" (М.. 1989); "Symposium on Ecological Investigations of the, Baltic Sea Environment" (L.Gidrometeoizdat. 1986); "Геологическая история и геохимия Балтийского моря" (М.; Наука. 1984); "Интенсификация добычи нефти" (М.;ВНИИ 1981), "Межотраслевая техника и экономика"(М.:1980-1988); "Применение композиций ПАВ при эксплуатации скважин" (М Недра 1988); "Геохимия осадочного процесса в Балтийском море" (М.:Наука. 1986); "Катастрофа танкера "Глобе Асими" в порту Клайпеда и ее экологические последствия" (М.Тидрометеоиздат. 1990), "Многофункциональные композиции ПАВ в технологических операциях нефтедобычи" (М..ВНИИОЭНГ. 1994)
По теме диссертации опубликовано 7 монографий, 63 статьи, 52 тезиса. Получено 25 авторских свидетельств СССР на изобретения, 12 патентов РФ и зарубежных стран.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 основных глав и выводов, общим объемом 328 машинописных страниц, содержит 32 таблицы, 76 рисунков и 15 приложений. Список литературы включает 379 наименований, из которых 81 - работы зарубежных авторов.
