Инновационные проекты, исследовательская деятельность техническое моделирование
Ростовский областной центр технического творчества учащихся

Проект по очистке поверхности воды от нефтепродуктов

 

Проект по очистке поверхности воды от нефтепродуктов

 

Автор: Казаркин Михаил Андреевич

г. Ростов-на-Дону

ГОУ ДОД РО ОЦТТУ, МБОУ СОШ № 65 г. Ростова-на-Дону, 11 класс

Руководитель: Коц Анатолий Александрович, педагог

дополнительного образования

Введение……………………………………………………………3

Обоснование выбора судна……………………………………….4

Способы очистки воды от нефтепродуктов……………………...5

Очистка водной поверхности с помощью судна «Эколог»……..8

Список литературы…………………………………………………13

Введение

Одной из главных задач современности является охрана водных ресурсов планеты от загрязнения нефтью и нефтепродуктами Дальнейшее развитие судоходства, и рост объема грузоперевозок влечет за собой увеличение сброса нефтесодержащих вод с судов. При катастрофе нефть, состоящая из сотен молекул, главным образом углеводородных, не растворимых в воде, распространяется по поверхности воды. Под действием волн и течения нефтяное пятно разделяется на множество частей. Летучие фракции такие, как газ (метан, этан, бутан) или растворимые вещества (бензол, толуол) в первые часы катастрофы испаряются. Такая дисперсия зависит от состава нефти. Для устранения таких загрязнений применяются экологические судна, позволяющие очистить водоёмы от загрязнений. В этом проекте представлена технология изготовления прототипа судна и модернизации стандарт заводской модели.

Цель: разработать способ очистки водной поверхности от нефтепродуктов и образец для использования в акватории южного региона на основе судна завода «Красный моряк».

Задачи:

1) Изучить способы очистки водной поверхности от нефтепродуктов;

2) Подобрать варианты навесного оборудования на судно завода «Красный моряк»;

3) Сделать модификацию конструкции к различным условиям.

 

Обоснование выбора судна «Эколог»

За основу несущей конструкции взято рейдовое судно, которое выпускается на Ростовском судоремонтном заводе «Моряк». Конструкция предназначена для сбора горюче-смазочных фракций с водной поверхности сборным ковшом в портах, фарватерах заводях и т д. Принцип действия заключается в том, что загрязнённая вода поднимается в нефтесборный ковш. При помощи водного насоса в резервуар корабля закачивается смесь воды с фракциями горюче смазочных веществ. После чего в резервуаре происходит фильтрация воды от примесей топлива и, очищенная вода сбрасывается за борт, а нефтепродукты остаются в резервуаре, а когда судно заходит в порт, то осуществляется сбрасывание нефтепродуктов в специальную ёмкость для отходов.

Мы выбрали судно «Эколог» потому что по техническим характеристикам он идеально подходит для навесного оборудования, потому что у него большое водоизмещение 110,0 т и большая осадка 1,85м, поэтому это судно способно выдерживать продольные и поперечные колебания волн. Так же форма корпуса позволяет осуществлять разнообразные маневры, что позволяет быстрее ликвидировать нефтяные разливы. Ростовский судоремонтный завод «Красный Моряк» - одно из старейших морских предприятий России. Первый примитивный эллинг для подъёма и ремонта судов был построен в июле 1865 года. С этого времени и ведёт завод свою историю. 5 ноября 1921 года заводу было присвоено наименование «Красный Моряк». С 1963 года завод приступил к строительству рейдовых пассажирских катеров. В июле 1965 года на воду был спущен головной рейдовый катер пассажироёмкостью 50 человек. В конце 1975 года коллектив получил задание на освоение головного рейдового катера нового проекта. Через 3 года такой катер пассажироёмкостью 70 человек бал спущен на воду. В июле 1983 года был спущен сотый рейдовый катер, которому по просьбе коллектива присвоено имя завода-строителя – «Красный Моряк».

Способы очистки нефти

Были рассмотрены следующие способы очищения воды от нефтепродуктов.

1) Механический метод

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. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%. Сложность сбора нефти с водной поверхности заключается в том, что нефть разливается тонким слоем. При ее сборе неминуемо захватывается и вода. Проблема со сбором нефти вручную состоит в том, что для того, чтобы эффективно собрать нефть необходимо, чтобы ее было много, т.е. чтобы она лежала на поверхности толстым слоем, а это случается крайне редко при крупных техногенных катастрофах.

2) Химический метод

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. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%. Данный способ заключается в основном, либо к созданию на поверхности нефтяного пятна с помощью поверхностно-активных веществ и эмульгаторов водонефтяных эмульсий, либо к поглощению нефти различного типа адсорбентами, например, алюмосиликатными микросферами или оксидом алюминия и последующее выжигание нефти из пор сорбента путём горения. Адсорбционная способность алюмосиликатов составляет 800 мг/г (470 мг/см3). Степень очистки воды от нефти этим способом достигает не менее 98%, но это метод лимитируется площадью очага нефтяного заражения. Метод применим для очистки локализованного количества воды от нефти.

3) Физико-химический метод

При физико-химическом методе очистки воды от нефти из воды удаляются тонко дисперсные и растворенные примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества нефти. Чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, адсорбция, экстракция кавитация и т.д.

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 переработать (сжечь смесь угля с нефтью хорошо горит).Можно также использовать и пенополиуретан, который поглощает массу нефти в 18 раз превышающую его собственную массу. Также можно налить на поверхность нефтяного пятна расплавленный парафин. При отвердевании он захватит нефть, а твёрдую массу можно затем собрать механическим способом. Также эффективно использование эмульгаторов и поверхностно-активных веществ ПАВ, которые способны переводить нефть в эмульсии, ускорять процессы ее биохимического разрушения и даже ослаблять ее токсическое влияние. Одним из новых методов борьбы с нефтью является модификация физических свойств поверхностной нефтяной пленки, с целью придания ей магнитных свойств путем введения в нее специально ферро магнитного порошка ФЕР-3 на основе оксида железа, с последующим ее сбором при помощи магнитной ловушки. Однако, при всех его экологических и технических преимуществах, этот метод не получил широкого распространения ввиду отсутствия магнитных порошков, оптимально решающих данную задачу. Экспериментально в лабораторных условиях был апробирован способ модификации физических свойств поверхностной нефтяной пленки (до 1 кг/м2). Порошок ФЕР-3 распылялся при помощи пневмораспылительного устройства. В течение 5-15 мин распыленный ферро магнитный порошок сорбирует нефтепродукты (2¸6 г НП на 1г ФЕР-3), образуя суспензию с ярко выраженными магнитными свойствами (аналог слабых магнитных жидкостей). Вследствие магнитного взаимодействия суспензия коагулирует в крупные глобулы, освобождая от пленки нефти значительную часть поверхности (до 80%). Образовавшуюся суспензию можно легко собирать механическим путем или с помощью магнитной ловушки. Текучесть суспензии позволяет для регенерации магнитного порошка применять метод сепарации.

Очистка водной поверхности с помощью судна «Эколог»

В данном проекте выбран физико-механический способ очистки с применением ковшевого сборщика и с последующим разделении на фракции водно нефтяной смеси при помощи «скимера» (схема 2).

Скиммеры-(схема 1) устройства предназначены для эффективной работы на нефтяных разливах для сбора тяжёлых, вязких нефтяных продуктов в прибрежных водах, внутренних водах и портах. Принцип действия нефтесборщиков олеофильный, то есть налипание нефти на поверхность рабочих органов при прохождении через слой нефти и последующего его удаления скребком или гребенкой. Вода стекает с поверхности рабочих органов и только незначительная ее часть попадает в нефтесборщик. Регулирование скорости вращения рабочих органов влияет на производительность нефтесборщика, а так же на процент воды захватываемой насадками. В зависимости от условий работы и собираемой нефти добиваются максимальной производительности и допустимого процента воды. Вращение рабочих органов происходит «к себе» тем самым создается поток подтягивающий пятно нефти к нефтесборщику, т.е. пятно не отгоняется работой нефтесборщиков, а наоборот притягивается.
Нефтесборщик собирает до 99% нефти/нефтепродукта, оставшуюся радужную пленку удаляют сорбентом.

Принцип действия системы

№1Особенность метода сбора водонефтяных фракций заключается в том, что такая система способна собирать большое количество нефти за минимальное количество заходов. Когда судно, подплывает к месту ликвидации разлива нефтепродуктов, опускается нефтесборный ковш на глубину около 20 см. Далее осуществляется плавная подача корпуса судна вперёд. Когда судно, плывёт вперёд возникают, водные завихрения и плёнка нефтепродуктов вместе с водой наплывает внутрь ковша далее осуществляется отсасывание смеси в водоочистительный резервуар.

№2Разделение смеси на фракции осуществляется в главном резервуаре при помощи скимерной установки ( механический метод). скиммеры базируются на использовании разницы в плотностях воды и нефти. Для удаления нефтепродуктов с поверхности воды используется метод адгезии: нефтепродукты хорошо прилипают к олеофильным поверхностям. Олеофильные скиммеры с вращающимися дисками, щетками или непрерывными лентами, с которых налипшие нефтепродукты удаляют механическим способом. Скиммер такого типа отличается незначительным количеством собираемой совместно с нефтью воды, малой чувствительностью к сорту нефти и возможностью сбора нефти на мелководье, в затонах, прудах при наличии густых водорослей

№3 Слив воды осуществляется для дальнейшей очистки воды от остатков нефтепродуктов при помощи химических сорбентов. Сорбенты— твердые тела или жидкости, избирательно поглощающие (сорбирующие) из окружающей среды газы, пары или растворённые вещества. В зависимости от характера сорбции различают абсорбенты — тела, образующие с поглощённым веществом твёрдый или жидкий раствор, адсорбенты — тела, поглощающие (сгущающие) вещество на своей (обычно сильно развитой) поверхности, и химические поглотители, которые связывают поглощаемое вещество, вступая с ним в химическое взаимодействие. Отдельную группу составляют ионообменные сорбенты, иониты, поглощающие из растворов ионы одного типа с выделением в раствор эквивалентного количества ионов другого типа. Широко используют активированный уголь, силикагель, оксид алюминия, диоксид кремния, различные ионообменные смолы, дибутилфталат и др. На рынке присутствует достаточное количество сорбентов для сбора нефтепродуктов, мазута, дизтоплива, масла или жира, но не каждый из них может обеспечить требуемую безопасность, удобство применения и качество. Так, например, сорбент мазута, дизтоплива, масла не должен гореть сам по себе, понижая тем самым температуру воспламенения, поэтому применение сорбента на основе мха, опилок, синтепона, пенопласта, резины создает пожароопасную ситуацию.

Некоторые токсичные жидкости начинают разъедать структуру сорбента, что так же не допустимо. Немаловажным свойством сорбента, является его дальнейшая утилизация.

В этом проекте целесообразнее применять активированный уголь или волокнистый сорбент.

4)В процессе доставки нефти на перерабатывающую станцию должна сохраняться безопасность экипажа суда. Поэтому в резервуаре устанавливается редукционный клапан, который позволяет стравливать давление от испарившихся нефтепродуктов т. к. при испарении нефтепродуктов возможна детонация (взрыв) парогазовой смеси. При подходе к нефтесборной или нефтеперерабатывающей станции нефть, накопленная в процессе сборки по нефтеотводному рукаву перекачивается в резервуара перерабатывающей станции, после чего осуществляется её переработка.

Список литературы:
1. Карелин Я.А., Попова И.А., Евсеева Л.А. и др. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов - М.: Стройиздат, 1982.
2. Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов - Л.: Недра, 1983.
3. Роев Г.А. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды - М.: Недра, 1993.
4. Родионов А.И., Клушин В.П., Торочешников И.С. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов - М.: Химия, 1989.
5. Захаров С.Л. Очистка сточных вод нефтебаз // Экология и промышленность России. - 2002. - январь С. 35-37.
-
6. Минаков В.В., Кривенко С.М., Никитина Т.О. Новые технологии очистки от нефтяных загрязнений // Экология и промышленность России. - 2002. - май С. 7-9.

7. Когановский А. М. Адсорбция и ионный обмен в процессах

8. Смирнов А. Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия. 1982.168 с.

9. Ахметов Н.С., Неорганическая химия. Москва, 1992г.

10. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Под редакцией О.А. Юшманова М.: Агропромиздат 1985

Схема 1. Главный очистной контейнер

 
Схема 2. Принцип работы очистной системы

 

 
 
 
Нефтесборный ковш

 

 

Общий вид судна

 

Главный очистной контейнер