Поведение нефти в водной среде

Поведение нефти в водной среде

            Токсичность нефтяных углеводородов в основном зависит от содержания  в них ароматических фракций, которые способны сохраняться в морской воде  и  в донных отложениях длительный период в силу своей  стойкости   к  деградации. Алканы  обладают  не  меньшей  токсичностью,  но  деградация  их  происходит сравнительно быстрее. 

В воде  нефтепродукты  могут  подвергаться одному из следующих процессов: ассимиляции морскими  организмами,  повторной седиментации, эмульгированию,  образованию  нефтяных  агрегатов,  окислению, растворению и испарению.

Характер растекания нефти по поверхности водоемов

      Способность нефти растекаться по поверхности воды проявляется только в начальный период ее нахождения на  воде  и  на  распространение  по  водоему существенно не влияет.

      Скорость  растекания  нефтепродуктов  из  легких   фракции   (бензина, керосина) ниже,  чем  нефтепродуктов,  содержащих  тяжелые  фракции  (мазут, масло), так как поверхностное натяжение на границе с водой первых выше,  чем у содержащих тяжелые фракции. По той  же  причине  нефтепродукты  из  легких фракций при том же их количестве растекаются по поверхности воды на  меньшей площади.

      Зона загрязнения распространяется на расстояние в несколько километров от места попадания нефтепродуктов в водную среду. С момента утечки нефти  до начала   работ   по   локализации   и   ликвидации   нефтяного   загрязнения распространение  ее  по  водоему  обычно  уже  завершается,   т.   е.   зона загрязнения приобретает почти максимальные  размеры  и  определенную  форму. Распространение пролитой нефти в условиях водоема происходит в основном  под воздействием  течения,  ветра  и  колебаний  уровня  воды   и   имеет   свои особенности. Для реки, ввиду близости берегов  и  извилистости  русла  нефть сравнительно  быстро  достигает   берега.   Наличие   заводей,   мелководных участков,  покрытых  растительностью,  создает  благоприятные  условия   для скопления нефти. На открытых  участках  водоемов,  где  действие  течения  и ветра проявляется в полную силу, она не задерживается, ее неизбежно  относит в застойные зоны, где нет течения, а действие ветра  направленно  в  сторону берега  или  какой-либо  преграды.   Здесь   нефть   под   действием   ветра концентрируется. В этих же  местах  скапливается  и  мусор,  с  которым  она обычно перемешивается.

      При интенсивном поступлении нефти из  поврежденного  судна  образуется нефтяное пятно в виде широкой полосы, толщина то  в  средней  части  больше, чем по краям; при постепенном поступлении  нефти  из  судна  нефтяное  пятно имеет вид узкой полосы. От места утечки нефть  перемещается  по  поверхности воды в направлении равнодействующей  сил  ветра  и  течения,  но,  достигнув берега, перемещается, как бы перетекая вдоль береговой  линии,  размазываясь по  заплескам.  Встречающиеся  на  пути  заводи,  пойменные  озера,  старицы практически приостанавливают ее дальнейшее распространение до тех пор,  пока их поверхность не покроется слоем нефти или не изменится направление  ветра. Когда нефтяное пятно достигает берега, происходит  его  переформирование.  В одних случаях нефть ветром прижимается к берегу или  какой-либо  преграде  и располагается в  виде  клина  -  у  преграды  слои  нефти  имеет  наибольшую

толщину, а  с  наветренной  стороны  наименьшую;  в  других  случаях,  когда действие ветра незначительно, толщина слоя относительно  равномерна.  Нефть, остающаяся  на  берегу  из-за  понижения  уровня  воды  в   водоеме,   также располагается или в виде клина  или  равномерным  слоем,  в  зависимости  от того, как это было до падения уровня.

      При изменении направления  ветра  или  уровня  воды,  нефть  из  одних застойных  зон  может  быть  отнесена  в  другие,  загрязняя  новые  участки водоема. Как правило, она располагается вдоль одного  берега,  заполняя  все заводи. Зона загрязнения не всегда бывает непрерывной, нередко  загрязненные участки чередуются с чистыми.

      Все  виды  нефти  содержат  легкокипящие  компоненты,  которые  быстро испаряются. В  течение  нескольких  дней  25%  нефтяного  пятна  исчезают  в результате испарения. Низкомолекулярные компоненты  выводятся  из  нефтяного пятна  главным  образом  в  результате  растворения,  причем   ароматические углеводороды   растворяются   быстрее,   чем   н-парафины   при   одинаковой температуре.

Разложение нефти под воздействием бактерий и окисления

      Биохимическое (микробиологическое)  воздействие  бактерий,  грибков  и других микроорганизмов на компоненты нефти гораздо шире и  охватывает  самые разнообразные вещества по сравнению с процессами  испарения  и  растворения. Однако  не  существует   какого-либо   одного   микроорганизма,   способного разрушить все  компоненты  определенного  вида  сырой  нефти.  Бактериальное воздействие характеризуется  высокой  селективностью,  и  полное  разложение всех  компонентов  нефти   требует   воздействия   многочисленных   бактерий различных видов.  При  этом  образуется  ряд  промежуточных  продуктов,  для разрушения  которых  требуются  свои  организмы.  Парафиновые   углеводороды наиболее  легко  разлагаются  бактериями.   Следовательно,   более   стойкие циклопарафиновые и ароматические углеводороды исчезают из океанской среды  с гораздо меньшей скоростью.

      Нефтяные углеводороды подвержены также процессам химического окисления и фотоокисления, но в водной среде эти процессы исследованы не достаточно.

      Содержание питательных веществ и кислорода в воде  является  ключевыми факторами в процессах микробиологического разложения. 

      Пленка  нефти  препятствует  так  называемой  аэрации,  т.е.  процессу поглощения водой кислорода  из  атмосферы.  Окисление  может  замедлиться  в воде, обедненной кислородом,  в  результате  более  раннего  загрязнения.  В таких  условиях   бактериальное   разложение   может   иметь   отрицательные последствия,  так  как   уменьшает   количество   растворенного   кислорода. Содержание кислорода в поверхностных слоях  воды  постоянно  пополняется  за счет контакта с атмосферой. Однако на глубине  более  10  м  это  пополнение происходит очень медленно.

      При постоянном расходе кислорода в водоеме, прекращение аэрации  может оказаться  гибельным  для  живого  мира  водоема.  Нефть   и   нефтепродукты относятся  к  числу  трудноокисляемых  микроорганизмами   веществ,   поэтому самоочищение водоемов, загрязненных нефтью, происходит достаточно долго.

Влияние физических параметров окружающей среды на скорость разложения нефти в воде

      Скорость разложения является функцией физических параметров окружающей среды. Как  и  следовало  ожидать,  к  таким  параметрам  в  первую  очередь относится температура воды, которая служит определяющим фактором в  кинетике распада органических веществ. В общих случаях скорость химической реакции  с повышением температуры на 10°С увеличивается в  два-четыре  раза.  Понижение температуры среды существенно тормозит не  только  физико-химические,  но  и биохимические   процессы,   связанные   с   деструкцией   и   трансформацией углеводородов.  Интенсивность  разрушения  углеводородов  зависит  также  от изменения солености и кислотности среды, особенно  в  тех  районах,  которые наиболее подвержены влиянию речного стока.

      Отмечают, что распад нефти и  нефтепродуктов  в  менее  соленых  водах протекает более активно. С  увеличением  активной   реакции  среды  скорость разрушения нефтепродуктов возрастает. Так как диапазон изменений рН  в  море колеблется в пределах 2 единиц,  то  эффект  изменения  периода  полураспада нефти в море в  зависимости  от  изменения  рН  в  25  раз  меньше,  чем  от колебаний температуры, и в три раза меньше, чем от колебаний солености.

Влияние донных отложений на распад углеводородов

      В процессе самоочищения морской среды  от  углеводородов  значительная роль принадлежит донным  отложениям,  которые,  адсорбируя  углеводороды,  с одной стороны, ведут к уменьшению их содержания в воде, а с другой  -  могут служить при определенных условиях источником  повторного  загрязнения  воды. При этом  наносы  и  взвешенные  частицы,  действуя  как  «ловушки»,  играют значительную роль в миграции нефтяных загрязнений.

      Углеводороды в результате адсорбции на взвешенных частицах  осаждаются на дно, причем не всегда  они  остаются  на  поверхности  донных  отложений. Сложные физические, химические и  биологические  процессы,  происходящие  на поверхности раздела вода - донные отложения или вблизи него, могут  изменять физическое и химическое состояние углеводородов. Кроме  того,  связанные  со взвешенными частицами, углеводороды под воздействием  гидрометеорологических факторов могут вновь перейти в толщу воды и возвратиться в повторный цикл  с последовательными стадиями: высвобождение – окисление - осаждение.

Биологические и физические изменения, обусловленные загрязнением гидросферы нефтью

      Общее воздействие нефтепродуктов на морскую среду можно разделить на 5 категорий:  непосредственное  отравление  с  летальным  исходом,   серьезные нарушения физиологической активности, эффект  прямого  обволакивания  живого организма  нефтепродуктами,  болезненные  изменения,  вызванные   внедрением углеводородов в организм, а также  изменения  в  биологических  особенностях среды обитания.

Заключение

      Сырая нефть  является  смесью  химических  веществ,  содержащей  сотни компонентов.   Сложность   химического   состава    совпадает    с    нашими представлениями об образовании нефти. Установлено, что нефть образовалась  в результате  длительного   теплового,   бактериологического   и   химического воздействия на органические  остатки  растительных  и  животных  организмов. Разумно ожидать, что  нефть  будет  обладать,  по  крайней  мере,  частично, сложной химической природой тех материалов, из которых она образовалась.

      Состав   нефти   обычно   определяется   количественным    содержанием углеводородов, которые делятся па парафины, циклопарафииы,  ароматические  и нафтеноароматические углеводороды.

      Нефть   и   нефтепродукты   являются    наиболее     распространенными загрязняющими   веществами   в   Мировом   океане.   Основными   источниками загрязнения нефтью являются: регламентные работы  при  обычных  транспортных перевозках нефти, аварии при транспортировке и добычи нефти, промышленные  и бытовые стоки.

      Наибольшие потери нефти  связаны  с  ее  транспортировкой  из  районов добычи.   Аварийные  ситуации,  слив  за   борт   танкерами  промывочных   и балластных вод,   -  все  это  обуславливает  присутствие  постоянных  полей загрязнения на трассах морских путей.

        В  воде  нефтепродукты  могут  подвергаться  одному   из   следующих процессов:  ассимиляции  морскими   организмами,   повторной   седиментации, эмульгированию, образованию нефтяных  агрегатов,  окислению,  растворению  и испарению.

      Соотношение   всех   процессов,   способствующих   удалению   нефтяных углеводородов из водной среды, изучено слабо. Вместе с тем установлено,  что именно активность бактерий определяет окончательную судьбу нефти в воде.

      Общее воздействие нефтепродуктов на морскую среду можно разделить на 5 категорий:  непосредственное  отравление  с  летальным  исходом,   серьезные нарушения физиологической активности, эффект  прямого  обволакивания  живого организма  нефтепродуктами,  болезненные  изменения,  вызванные   внедрением углеводородов в организм, а также  изменения  в  биологических  особенностях среды обитания. Каждая из  категорий  непосредственно  влияет  на  изменение экосистемы Мирового океана.