2.2. взаимодействие воды и нефти при повреждениях трубопроводов

2.2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДЫ И НЕФТИ ПРИ ПОВРЕЖДЕНИЯХ ТРУБОПРОВОДОВ

Подводные переходы, расположенные под судоходными трассами рек и каналов, наиболее подвержены механическим повреждениям из-за размывов, оползней, волочения якорей, при дноуглубительных работах.

Утечки нефти, газа, конденсата и других загрязнителей нередко обнаруживаются через 12 ч и более после начала их проявления. Опасные утечки загрязняющих веществ остаются незаметными и наносят большой ущерб почти всем объектам окружающей среды.

В нефти, вытекающей из трубопровода в результате аварии, содержатся щелочи, нафтены, ароматические вещества, смолы, асфальтены. Поведение этих веществ в водной среде различно. Эволюция поведения нефтяного загрязнения зависит от скорости течения воды, скорости и направления вет-

Ветер

1

Месяц Гад

День

Рис. 2. Поведение нефтяного загрязнения в пространстве и во времени:

1 — трубопровод; 2 — нефть; 3 — испарение легких фракций; 4 — эмульгирование с водой; 5 — адсорбирование; 6 — брожение и распространение; 7 — поглощение и переработка живыми организмами; 8 — распределение и выпадение асфальтенов; 9 — поглощение растительными организмами; 10 — выпадение тяжелых фракций; 11 — адсорбирование; 12 — разложение; 13 — пена

ра, температуры воды и воздуха, солнечной радиации и т.д. (рис. 2). Нефть может расплываться, испаряться, растворяться, эмульгировать, налипать на береговую растительность, воздействовать на водную фауну.

С повышением температуры воды интенсивность ее смешивания с нефтью возрастает. В северных районах при температуре воды, близкой к 0 °С, процесс смешивания протекает медленно. Он может длиться до 50 лет.

Недостаточное знание свойств нефти в воде приводит к тактическим ошибкам при ликвидации аварий.

Методы устранения нефтяного загрязнения зависят от вязкости нефти. Под воздействием испарения, эмульгирования, температуры воды и воздуха вязкость нефти меняется. Сырые нефти с вязкостью 0,9 —7,0 Па-с, попадающие в воду при авариях, собирать нефтесборщиками затруднительно. Нефть с вязкостью 8,0 Па-с на поверхности воды не растекается, она скапливается на заплесках, отлагается толстым слоем на береговой полосе. При плотности нефти около 1 г/см³ возникает угроза ее осаждения на дно.

При отсутствии колебаний уровня воды на пологом берегу на 1 км береговой полосы отлагаются 1—2 т маловязкой

22

нефти, 5 —8 т нефти средней вязкости и 20— 30 т высоко вязкой и застывающей нефти [1, 2]. Во время понижения уровня воды большая часть высоко вязкой и застывающей нефти остается на берегу.

При залповом выбросе нефтяное пятно на текущей воде представляет собой полосу, в средней части более широкую, чем по концам. Нефть, попадая на поверхность воды, начинает быстро растекаться, и теоретически может образоваться мономолекулярный слой. Сырые нефти практически не достигают такого состояния, но характерная радужность небольшого слика указывает на то, что его толщина равна (1,5 —10)-10^-4 мм, что соответствует загрязнению 150 — 1000 л/км². Более толстые слики имеют темный цвет без интерференционной окраски. По мере растекания легкие компоненты испаряются, а водорастворимые — выщелачиваются. В результате этого слики будут иметь повышенную вязкость и температуру текучести, уменьшается растекание.

Исследованиями [21] установлено, что 2,25 л нефти за 30 — 60 с создают слик радиусом 220 см. При скорости ветра выше 1,35 м/с перемещение сликов происходит быстрее, чем их растекание.

На реках с быстрым течением протяженность зоны загрязнения может достигать 70—150 км, на водохранилищах и реках с малым течением скорость движения нефтяного пятна составляет 3 — 4 % от скорости ветра.

Плотная плавающая пленка возникает при разливе 75 — 100 л нефти на 1 км² спокойной поверхности воды. Образование неплотной пленки наблюдается при растекании 15 — 20 л нефти на 1 км² акватории. В зависимости от количества разлитой нефти меняется толщина пленки (табл. 2).

Таблица 2

Зависимость толщины пленки от количества разлитой нефти на площади в 1 км²

Из свищей в трубопроводе нефть может вытекать в виде капель, в результате чего на поверхности воды образуются отдельные нефтяные пятна. У берегов нефтяные пятна принимают форму клина и размазываются на заплесках. При изменении направления ветра нефть из одних застойных зон может перемещаться в другие. Нередко загрязненные участки водоемов чередуются с чистыми.

Нефть образует на водной поверхности пленки различной интенсивности. Альбедо (отношение отраженной лучистой энергии к падающей) этих пленок обычно колеблется в пределах от 8 до 15 %, что в 1,5—2 раза превышает альбедо чистой воды. Поэтому нефтяные пятна выделяются на воде более светлым тоном. Кроме того, прогревание загрязненной воды происходит неравномерно: чистая вода прогревается более интенсивно, а участки с нефтяной пленкой — менее интенсивно. В холодный период года вода под пленкой выхолаживается медленнее.

Пленки нефти, нарушая режим прогревания и выхолаживания поверхностных вод, изменяют их плотность, способствуя тем самым перемещению вод по глубине водоема. В результате загрязненные поверхностные воды могут опускаться в глубинные слои.

Погружение слоев загрязненных вод происходит до тех пор, пока их плотность не уравновесится с плотностью более глубоких слоев воды. При этом образуются придонные загрязнения. Образование глубинных загрязнений характерно для осеннего выхолаживания вод, когда усиливается вертикальная конвекция.

Существенно влияют также на перемещение этих слоев ветер и вызванное им волнение. Этот природный фактор характеризует степень загрязнения водных масс, поэтому при гидрологических и гидрохимических исследованиях необходимо отбирать пробы воды по всей глубине.

Нефтяная пленка на воде может образовывать эмульсии типа “нефть в воде" и '‘вода в нефти¹'. Высокомолекулярные соединения, смолы и асфальтены способствуют образованию стойкой эмульсии типа "нефть в воде¹'. Эта эмульсия содержит 30—80 % стабилизированного планктона, органических останков и бактериальной слизи ("шоколадный мусс¹'), которая практически не поддается бактериальному разрушению. Вода постепенно вымывается, и тогда образуются твердые сгустки — "смоляные шарики¹'. В зависимости от плотности составляющей их нефти они плавают на поверхности, распределяются по водным горизонтам или опускаются на дно.

Эмульсия типа "вода в нефти" способна разрушаться или разлагаться под действием бактерий.

Нефть, взаимодействуя со льдом, способна поглощаться им в количествах до одной четверти от основной массы нефти. Лед, насыщенный нефтью, может при таянии стать источником загрязнения любого района, в который он попадает при ледоходе.

Донные нефтяные загрязнения создают вторичный эффект, частично поглощая растворенный в воде кислород в придонных слоях воды. При этом резко увеличивается количество разлагающихся органических веществ, растет потребление кислорода, который идет на их разложение. Отдельные виды загрязнений могут стимулировать бурный рост некоторых растений и живых организмов, тем самым нарушая сложившееся биологическое равновесие.

Определение качественных и количественных показателей степени загрязнения водоема производится в створах, расположенных выше по течению и в зоне загрязнения. Степень загрязненности воды определяется как отношение фактической концентрации ингредиента к предельно допустимой концентрации (СНиП1.02.01.85).

Образующиеся водорастворимые или поверхностно-ак-тивные продукты способствуют эмульгированию нефти, стабилизации эмульсий из смолистых "асфальтовых¹' частиц и сульфокислоты.

Тяжелые фракции нефти сравнительно быстро оседают на грунт. Более легкие из них, адсорбируя находящиеся в воде твердые частицы, также постепенно выпадают в осадок, загрязняя грунты водоемов. Резкое уменьшение скорости течения, например, при расширении русел рек, выходе водных потоков из проливов и узких мест, приводит к более интенсивному оседанию взвешенных частиц на дно.

При волнении в мелководных прибрежных зонах скопившиеся на дне нефтепродукты могут захватываться волновым орбитальным движением частиц воды, окатываться ими и приобретать округлые формы диаметром 1—3 см. Под воздействием солнечных лучей они могут погружаться в песок, гальку или налипать на водоросли.

Во влажный песок нефть проникает хуже, но буруны могут заносить ее чистым песком. В период штормов или при сезонных перемещениях песка погребенные таким образом слои нефти могут обнажаться, и обнаруживается загрязнение.

Для очистки береговой зоны от этих загрязнений обычно приходится снимать верхний слой песка толщиной до 10—15 см. Наибольшие затруднения вызывает очистка берега, сложенного из крупных валунов, между которыми нефть может проникать на глубину 0,5—1 м.

2.3. воздействие нефтяных загрязнений на биологический режим водоемов  »

Библиотека »