Способ локализации пятен нефти

 

Изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для очистки поверхности воды и береговой линии у уреза воды от нефти. Для локации пятен нефти создают заграждения, содержащие адсорбент, заключенный в тканевую оболочку, в которую вводят адсорбент совместно или раздельно с наполнителем и/или другими добавками в виде отвердевающей полимерной пены при следующем соотношении ингредиентов исходного пенообразующего состава, мас.%: карбамидно-формальдегидная смола 25 - 50; поверхностно-активное вещество 1 - 5; кислый катализатор отверждения 1 - 10; вода остальное до 100. В качестве адсорбента используют, в частности, гидрофобизированный перлитовый песок, а оболочку выполняют из сетчатой ткани с ячейками размером 0,1 - 0,8 мм, при этом заграждения укладывают на береговую линию, периодически накрываемую прибойной волной, и закрепляют, например, посредством анкеров и тросов. Приведено несколько вариантов добавок в исходный пенообразующий состав и входящего в него поверхностно-активного вещества. Изобретение обеспечивает эффективную локализацию пятен нефти на водной поверхности и предотвращение нефтяного загрязнения береговой линии, периодически накрываемой прибойной волной. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для очистки поверхности воды и береговой линии у уреза воды от нефти.

Известен способ локализации пятен нефти на водной поверхности путем создания пневматического или пенистого барьера, что достигается расположением под водой источника газа или воздуха (перфорированного трубопровода). В трубопровод подают воздух или воздух с пластмассовыми микробаллонами (пламилон) при объемном соотношении 1:0,05...1:0,2. Благодаря течению между пузырьками воздуха с баллонами (или без них) и водой, вода увлекается вверх, образуя восходящий поток, который на поверхности становится горизонтальным и препятствует распространению разлитой нефти. Над трубопроводом с помощью поплавков подвешивается сетка (или две), которая служит для направления пузырьков газа по определенному пути и, таким образом, не позволяет воздушной завесе отклоняться под воздействием течения или завихрений водного потока (SU 916646 A, 30.03.1982).

Недостатком этого способа является то, что на практике его невозможно использовать в прибрежной зоне в условиях прибойной волны. Прибойная волна разрушает восходящий поток воздуха (воздуха с баллонами), диспергируя его в прибрежной воде, что не обеспечивает эффекта, достигаемого при использовании способа в зонах налива и слива танкеров, вокруг нефтяных морских скважин, а также на границах гаваней и бухт с акваторией морей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ локализации пятен нефти на поверхности воды, выбранный в качестве прототипа, заключающийся в создании плавучих заграждений, содержащих сорбент, заключенный в тканевую оболочку (FR 2509340 A1, 14.01.1983).

Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает высокого качества локализации пятен нефти в зоне береговой линии при наличии прибойной волны. С прибойной волной нефть и т.п. загрязнения водной поверхности переносятся через заграждения; заграждения смещаются и выносятся на берег, в результате чего береговая линия, периодически накрываемая прибойной волной, обильно загрязняется нефтью.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности локализации пятен нефти путем предотвращения загрязнений нефтепродуктами и т.п. береговой линии, периодически накрываемой прибойной волной.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе локализации пятен нефти, включающем создание заграждений, содержащих адсорбент, заключенный в тканевую оболочку, согласно изобретению во-первых, в тканевую оболочку вводят адсорбент совместно или раздельно с наполнителем и/или другими добавками в виде отвердевающей полимерной пены при следующем соотношении ингредиентов исходного пенообразующего состава, мас.%: Карбамидно-формальдегидная смола - 25 - 50 Поверхностно-активное вещество - 1 - 5 Кислый катализатор отверждения - 1 - 10 Вода - Остальное до 100 во-вторых, в качестве адсорбента используют, в частности, гидрофобизированный перлитовый песок, а оболочку выполняют из сетчатой ткани с ячейками размером 0,1 - 0,8 мм, при этом заграждения укладывают на береговую линию, периодически накрываемую прибойной волной, и закрепляют, например, посредством анкеров и тросов; в-третьих, в исходный пенообразующий состав дополнительно вводят выбранную, по крайней мере одну, добавку из группы, % от общей массы состава: Адсорбент, в частности перлитовый песок - 0,5 - 25 Твердый наполнитель, в частности зола-уноса, или пористые пески на основе шлаков, или лигнин, или чистый речной песок - 0,5 - 25
Глицерин, или этиленгликоль, или полиэтиленгликоль - 0,2 -
Оксиэтилцеллюлоза или поливиниловый спирт - 0,5 - 10
Портландцемент - 0,5 - 11
в-четвертых, в качестве поверхностно-активного вещества используют:
натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₃,
или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкиломамидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ - 1,0 - 2,0
Натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,1 - 0,5
или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,7 - 3,5
Натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,3 - 1,5
или оксиэтилированный нионилфенол с содержанием 9-12 молей окиси этилена,
и, кроме того, выбранную, по крайней мере одну, добавку из группы натрийалкилсульфаты фракции C₁₀-C₁₃, бутанол, бутилцеллюлоза, спирт фракции C₁₀-C₁₆, высшие жирные кислоты фракции C₁₂-C₁₆, этиловый спирт, моноэтаноламиды синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆, в количестве до 5,8% от массы поверхностно-активного вещества.

Примеры осуществления способа
Пример 1. Способ осуществляется следующим образом. Вдоль береговой линии ниже уреза воды и выше верхней предполагаемой наиболее дальней кромки, накрываемой прибойной волной, устанавливаются (забиваются, подвешиваются и т.п. ) анкеры, между которыми при необходимости натягиваются тросы, а также укладываются и сопрягаются между собой секции заграждения, содержащего адсорбент или пену, в том числе содержащую адсорбент и (или) наполнитель, и (или) другие добавки.

Пример 2. Способ осуществляется подобно тому, как это описано в примере 1, за исключением того, что отвердевающая пена вводится в тканевые оболочки после закрепления секций заграждения на береговой линии.

Пример 3. На вертикальных поверхностях скалистых крутых берегов для облегчения закрепления заграждения оболочки его секций пеной и адсорбентом могут не заполняться.

В остальном реализация способа соответствует описанному в примерах 1 и 2.

Как в первом, так и во втором примерах, адсорбент в оболочки помещается заранее, например в заводских условиях, а пена вводится посредством пеногенератора на месте производства работ. При этом, вариант пенообразующего состава подбирается, исходя из условий работы, динамических нагрузок на заграждение, качества ингредиентов и химического состава природной воды, применяемой в пенообразующем составе. Во всяком случае, поверхностно-активное вещество (ПАВ), описанное в формуле изобретения, обеспечивает
более надежное образование пены в потоке воздуха;
хорошее смешивание ПАВ и образование пены в жесткой морской воде;
высокие эксплуатационные характеристики ПАВ и получаемого пенообразующего раствора;
более высокую экологическую совместимость с окружающей средой.

В щадящих условиях при наличии пресной чистой воды могут использоваться ПАВ, применяемые в пожарном деле (ПО-3 и др.). Кроме того, следует помнить, что увеличение содержания наполнителя, в том числе адсорбента, портландцемента и других добавок, увеличивает устойчивость пен к динамическим нагрузкам, но в то же время они повышают плотность пены, что снижает эффективность адсорбирования нефти ее порами.

Анкеры и тросы на наиболее опасных к загрязнению участках береговой линии могут быть установлены заранее, а заграждения закрепляются, например, по мере приближения пятна к берегу.

Заграждение снимается с береговой линии и направляется на регенерацию адсорбента, наполнителя или тканевой оболочки, а также на уничтожение загрязненной пены по мере очистки поверхности воды от нефтепродуктов и т.п.

Материал оболочки, имеющий ячейки размером 0,1 - 0,8 мм, определяемым размерами адсорбента, вводимого в оболочку, обеспечивает его сохранение при динамических нагрузках. Нижний предел размера ячейки должен сохраняться для свободного выхода излишков воздуха при генерировании пены, а также для свободного проникновения жидкости к адсорбенту.

Верхний предел размеров вводимого в пену адсорбента ограничивается характеристиками пеногенератора, способного работать без задержек, а нижний - началом появления достигаемой характеристики. Ограничения соотношений других вводимых компонентов обуславливаются по верхнему пределу надежностью образования пены, а по нижнему - также началом проявления достигаемой характеристики.

В качестве наполнителя заграждение содержит адсорбент, в частности перлитовый песок, размер крупинок которого определяет размер ячейки сетчатой тканевой оболочки заграждения, т. е. 0,1 - 0,8 мм. Кроме того, в качестве наполнителя используется отвердевающая полимерная пена, в исходный пенообразующий состав которой входит, мас.%:
Карбамидно-формальдегидная смола - 25 - 50
Поверхностно-активное вещество - 1 - 5
Кислый катализатор отверждения, т.е. кислоты, например щавелевая, ортофосфорная и другие, обеспечивающие понижение кислотности пенообразующего состава ниже pH 3 - 1 - 10
Вода - Остальное до 100
Для компенсации жесткости воды и снижения влияния пенообразующего состава на окружающую среду целесообразно использовать поверхностно-активные вещества (ПАВ), приведенные в формуле изобретения, а также могут использоваться ПАВ, применяемые в пожарном деле (ПО-3 и др.).

Для повышения устойчивости покрытия к динамическим нагрузкам в исходный пенообразующий состав вводится твердый наполнитель, в том числе адсорбент, а также портландцемент. Адсорбент при этом выполняет и свое прямое предназначение. С повышением концентрации вводимых компонентов повышается устойчивость пен, т.е. предел прочности на сжатие, но, в то же время, увеличивается плотность пены - уменьшается количество пор.

С целью эластичности пены в исходный пенообразующий состав вводят глицерин, или этиленгликоль, или полиэтиленгликоль, или поливиниловый спирт, или оксиэтилцеллюлозу.

Способ локализации пятен нефти проверен следующим образом.

В строительный поддон, предназначенный для приема, подачи и перемешивания растворов (загрязнять нефтью реальный водоем для проведения исследований авторы сочли нецелесообразным) заливалась водопроводная вода (h ≈ 100 мм), на поверхность которой добавлялась нефть, мазут и дизельное топливо (h ≈ 2 - 5 мм), а на наклонный борт поддона наносилась пена (или ее варианты) или адсорбент, заключенные в оболочку, а также оболочка с непромокаемой подложкой. Путем периодического покачивания в течение 30 - 60 мин в поддоне создавалась (имитировалась) прибойная волна. Вода с нефтепродуктами из поддона сливалась, после чего снималась оболочка (с наполнителем, или без него) с подложкой. Результаты проведенных опытов свидетельствуют, что наклонная сторона поддона, после снятия оболочки (с наполнителем или без него, но с непромокаемой подложкой), оставалась чистой, остальные поверхности поддона обильно загрязнялись нефтепродуктами, которые с шероховатой поверхности (остатки бетона) снять практически невозможно.

Исследования показали, что устойчивость полимерных пен к прибойной волне повышается с повышением процентного содержания адсорбента и(или) другого твердого наполнителя, а также с введением в исходный пенообразующий состав: пластификаторов (глицерина, или этиленгликоля, или полиэтиленгликоля) в количестве 0,2 - 5% от общей массы: оксиэтилцеллюлозы или поливинилового спирта в количестве 0,5 - 10% от общей массы состава; портландцемента в количестве 0,5 - 11% от общей массы состава. Снижение содержания добавок ниже указанных пределов не обеспечивает достижения целей устойчивости пены, а превышение ведет к увеличению стоимости без достижения значительного повышения эффекта и снижению устойчивости пены. В то же время, введение адсорбента и (или) другого твердого наполнителя в пену выше указанных пределов (0,5 - 25 мас.%) может повысить устойчивость пен, однако при этом возникает проблема с оперативным приготовлением и нанесением пен на защищаемую поверхность, т. к. повышается вероятность задержек генератора и, в частности, засорение пеноформирующего рукава. Приведенные пеноформирующие составы наиболее полно отвечают целям практической технической реализации способа. Применение для практической реализации способа указанных вариантов поверхностно-активного вещества (ПАВ) обеспечивает
наиболее надежное образование пены в потоке воздуха;
хорошее смешивание ПАВ в жесткой морской воде;
высокие эксплуатационные характеристики ПАВ и получаемого пенообразующего раствора;
практическую совместимость пен с окружающей средой, так как полимерная пена, реализуемая в данном способе, близка к пенам, применяемым для улучшения структуры почв.

Карбамидно-формальдегидный полимер (смола) изготавливается из водного раствора мочевины, применяемой в качестве удобрений и 37% формалина (формальдегид), который является антисептиком. Соотношение ингредиентов ПАВ оценивалось экспериментально путем проведения лабораторных и полигонных исследований с выпуском опытных партий ПАВ. Экспериментально доказано, что выход за пределы указанных соотношений, в конечном счете, снижает эффект локализации пятен нефти.

Предлагаемый способ локализации пятен нефти может осуществляться периодически на наиболее вероятных участках загрязнения береговой линии или локально в зонах, загрязнение которых связано с аварийными ситуациями.

Основными технико-экономическими преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известными являются возможность локализации пятен нефти, ее производных и т.п. в прибрежной зоне для предотвращения загрязнений береговой линии в условиях прибоя с учетом простоты, невысокой стоимости и возможности широкой промышленной реализации.

Формула изобретения

1. Способ локализации пятен нефти, включающий создание заграждений, содержащих адсорбент, заключенный в тканевую оболочку, отличающийся тем, что в тканевую оболочку вводят адсорбент совместно или раздельно с наполнителем и/или другими добавками в виде отвердевающей полимерной пены при следующем соотношении ингредиентов исходного пенообразующего состава, мас.%:
Карбамидно-формальдегидная смола - 25 - 50
Поверхностно-активное вещество - 1 - 5
Кислый катализатор отверждения - 1 - 10
Вода - Остальное до 100
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют, в частности, гидрофобизированный перлитовый песок, а оболочку выполняют из сетчатой ткани с ячейками размером 0,1 - 0,8 мм, при этом заграждения укладывают на береговую линию, периодически накрываемую прибойной волной, и закрепляют, например, посредством анкеров и тросов.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в исходный пенообразующий состав дополнительно вводят выбранную по крайней мере одну добавку из группы, (% от общей массы состава):
Адсорбент, в частности перлитовый песок - 0,5 - 25
Твердый наполнитель, в частности зола-уноса, или пористые пески на основе шлаков, или лигнин, или чистый речной песок - 0,5 - 25
Глицерин, или этиленгликоль, или полиэтиленгликоль - 0,2 -
Оксиэтилцеллюлоза или поливиниловый спирт - 0,5 - 10
Портландцемент - 0,5 - 11
4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₃; или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ - 1,0 - 2,0
Натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,1 - 0,5
или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,7 - 3,5
Натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ - 0,3 - 1,5
или оксиэтилированный нионилфенол с содержанием 9 - 12 молей окиси этилена, и, кроме того, выбранную по крайней мере одну добавку из группы натрийалкилсульфаты фракции C₁₀-C₁₃, бутанол, бутилцеллюлоза, спирт фракции C₁₂-C₁₆, высшие жирные кислоты фракции C₁₂-C₁₆, этиловый спирт, моноэтаноламиды синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆, в количестве до 5,8% от массы поверхностно-активного вещества.