Екологічна безпека експлуатації водного транспорту

Ескіз

Файли

Vozniuk_dys.pdf (5.07 MB)

Дата

2024

Автори

Науковий керівник

Шаблій, Тетяна Олександрівна

Назва журналу

Номер ISSN

Назва тому

Видавець

КПІ ім. Ігоря Сікорського

Анотація

Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблем пошуку можливих шляхів підвищення екологічної безпеки при експлуатації річкового та морського водного транспорту. Відповідно до вимог сучасності, розвиток торгівельного флоту спрямований на збільшення об'ємів перевезень, що досягається шляхом підвищення вантажопідйомності суден, збільшення швидкості транспортних засобів, автоматизації систем управління. Одночасно, суспільство потребує мінімізації антропогенного впливу на довкілля, зокрема на гідросферу. За даними моніторингових досліджень судноплавство вносить майже половину (на рівні 45 %) від всіх забруднень Світового океану нафтою та нафтопродуктами. Основна частина всіх нафтових забруднень природних водойм пов’язана з надходженням в них баластних, промивних та лляльних вод. З метою управління та контролю щодо забруднення Світового океану нафтою та нафтопродуктами Міжнародна морська організація регламентує певні показники щодо скиду відповідних вод у водойми. Відповідно до Конвенції МАРПОЛ 73/78 суднам дозволяється скидати у міжнародних водах за борт очищенні лляльні води з концентрацією нафтопродуктів до 15 ppm. Вимоги національних нормативно-правових актів забороняють скид із суден нафти, нафтопродуктів та інших забруднюючих речовин як на внутрішніх водних шляхах, так і у внутрішні морські води України. І такої стратегії притримуються більшість країн світу. Крім того, лляльні води, що утворюються на суднах необхідно регулярно передавати на спеціалізовані очисні споруди для подальшого очищення та знезараження або можливий їх скид за борт (у міжнародних водах) у разі їх очищення за допомогою суднових установок і за умов, що концентрація нафтопродуктів у воді не перевищує міжнародні вимоги (15 ppm ). Порушення умов скиду очищених від нафти та нафтпродуктів вод з локальних (суднових) або стаціонарних (берегових) очисних споруд призводить до негативних наслідків для довкілля, біоти та людини. Для зменшення антропогенного навантаження на гідросферу ще залишається актуальним пошук високоефективних технологій очищення суднових нафтовмісних вод. У першому розділі описано сучасні методи очищення нафтовмісних вод. У зв’язку з різними морфологічних формам, широким діапазоном та змінними концентраціями нафти у складі стічних вод суден, існує ряд методів для їх очищення. Серед існуючих методів очищення нафтовмісних вод увагу приділяють фізичним, фізико-хімічним, електрохімічним та біологічним методам в різних способах їх реалізації. Часто пропонується використовувати комбіновані методи очищення таких вод. У кожного із запропонованих методів є свої переваги та недоліки. Фізичні методи очищення характеризуються простотою реалізації та низькою собівартістю. Проте, лімітуючою ознакою даних методів є обмеження по виділенню частинок різного морфологічного складу. Зокрема, ефективність видалення емульгованої нафти, фракція якої в нафтовмісних водах найбільша, і поверхнево-активних речовин занадто мала. Методи фільтрування також відзначаються невисокою вартістю обладнання, але при їх застосуванні виникає проблема утворення промивних вод та їх утилізація. Системи, утворені домішками нафти та нафтопродуктів, є кінетично нестійкими, і нерозчинні речовини утримуються у завислому стані динамічними силами потоку води. Для видалення домішок цієї групи застосовують також явища і прийоми, які базуються на фізико-хімічних процесах. Широкого застосування набуло очищення стічних вод методом коагулювання. Метою застосування коагулянтів є зниження агрегатної та седиментаційної стійкості іоногенних, колоїдних та високодисперсних домішок, які містяться у воді. Методи коагуляційного очищення води характеризуються низькою вартістю та легкістю їх реалізації, проте ефективність очищення від поверхнево-активних речовин невисока. Обмеження використання екологічно безпечного сорбційного вилучення нафтопродуктів за допомогою доступної рослинної сировини пояснюється їх незначною сорбційною ємністю у порівнянні зі штучними сорбентами. Проте застосування останніх в значній мірі звужено у зв’язку зі складністю процесів відновлення їх ємності та лімітується шляхами утилізації відпрацьованих сорбентів. Електрохімічні методи, зокрема, електрокоагуляція та електрофлотація, задовольняють всім основним вимогам: високий ступінь вилучення полютантів, швидкість обробки, малогабаритні розміри устаткування. До недоліків електрохімічних методів слід віднести енерго- та матеріаловитрати, вірогідність потрапляння у довкілля електрохімічно розчинених речовин. Щодо біологічних методів очищення води від нафти та нафтопродуктів, то дані методи характеризуються відсутність використання хімічних допоміжних речовин, низькою вартістю процесу. Серед недоліків даного методу виділяють низьку ефективність очищення води та складність очищення великих її об’ємів. У другому розділі дисертаційної роботи представлені об’єкти та методи досліджень. Розділ включає опис характеристик модельних розчинів, що імітують нафтовмісні води суден, а також реагентів та матеріалів, що використовувались у роботі. У розділі наведено методики синтезу штучних реагентів та матеріалів, що використовувались у роботі, та детально описано методи проведення досліджень, спрямованих на підвищення ефективності видалення нафти з водно-нафтових емульсій різної мінералізації. Також в розділі наведено посилання на методики аналітичного контролю за показниками якості вод. Описано алгоритм проведення математичної обробки отриманих експериментальних даних. У третьому розділі роботи охарактеризовано проблему забруднення гідросфери нафтою та нафтопродуктами різними галузями виробництв. Розглянуто всі потенційні джерела забруднення водних ресурсів нафтою та нафтопродуктами, наведено причини та внески негативного впливу від кожного виду джерел. Проаналізовано небезпечний вплив нафтопродуктів на об’єкти довкілля: гідробіонтів, птахів, ссавців, людей; обґрунтовуються значення нормативних показників за вмістом нафтопродуктів для водних об’єктів різного призначення. Описано сучасний екологічний стан Чорного та Азовського морів, наведено рівні екологічного стану за основними забруднювачами для різних акваторій. Показано, що основна проблема забруднення гідросфери нафтою та нафтопродуктами пов’язана з експлуатацією водного транспорту, зокрема зі скидом баластних, лляльних та промивних вод суден. Особливу увагу приділено лляльним водам, утворення яких на суднах неминуче. У четвертому розділі дисертаційної роботи представлені результати досліджень по видаленню нафти з водно-нафтових емульсій коагуляційним та електрохімічним методами. Доведено, що застосування сульфат алюмінію, гідроксид алюмінію, а також гідроксохлорид алюмінію в дозах від 2 мг/дм3 до 50 мг/дм3 забезпечують достатньо високий ступінь вилучення нафти з емульсій. Ступінь очищення води при цьому становить 97–99 %. Також, встановлено вплив хімічного складу коагулянту та початкової мінералізації води на ефективність видалення нафти з води за допомогою алюмінієвих коагулянтів. З’ясовано, що найбільшу ефективність щодо видалення нафти з води має гідроксид алюмінію. Проведено порівняння застосування сорбційного та сорбційнокоагуляційного методів для очищення прісних та солоних нафтовмісних вод. В якості сорбентів застосовано штучний терморозширений графіт та активоване вугілля марки БАУ-К. Як альтернативу сорбційному методу проведено дослідження застосування сорбційно-коагуляційного методу із одночасним використанням алюмовмісних коагулянтів: сульфату алюмінію та гідроксохлориду алюмінію, та активованого вугілля. Встановлено, що комбіноване використання алюмінієвих коагулянтів та активованого вугілля відзначається плинністю ефективності, яка залежить від типу і дози коагулянту, мінералізації вихідної води та дози сорбенту. Показано високу ефективність терморозширеного графіту в процесах очищення водонафтових емульсій. Доведено, що обробка водонафтових розчинів низької та високої мінералізації з вмістом нафти 100 мг/дм3 методом електрокоагуляції в однокамерному електролізері забезпечує вилучення нафти із нафтовмісних вод з застосуванням залізних або алюмінієвих електродів на рівні 98–99 %. Встановлено, що зниження концентрації нафти на 97–98,5 % для вод різної мінералізації із застосуванням як алюмінієвого, так і залізного аноду що досягається протягом перших 15 хвилин обробки води. Встановлено, що обробка водонафтових розчинів електрофлотацією з застосуванням алюмінієвих або залізних електродів при певних значеннях анодної щільності струму, діапазон яких залежать від мінералізації вихідної води забезпечує 98,6–99,9 % вилучення нафти. Показано, що як і у випадку електрокоагуляції, тривалість обробки води протягом перших 15 хвилин є достатньою для практично повного вилучення полютанта. Доведено, що ефективність вилучення нафти з води, в основному, залежить від її мінералізації. В солоній воді процес очищення проходить ефективніше, а в прісних водах вищу ефективність очищення води забезпечує алюмінієвий анод, в порівнянні із залізним. Проте, в разі використання залізного аноду, вкритого шаром магнетиту, відзначається найбільша ефективність електрофлотаційного очищення для слабкосолоних вод. У п’ятому розділі роботи представлені результати досліджень по оцінці ступеня очищення нафтовмісних вод із використанням магнетитів – магнетиту, синтезованого за класичною методикою, та магнетитів, модифікованих гідрофобізуючими агентами. В якості гідрофобізуючих агентів було використано сульфонол або алкілімідазолін. Встановлено, що магнетит в дозах 50–200 мг/дм3 , який був модифікований за допомогою алкілімідазоліну забезпечує достатньо високий ступінь видалення нафти з прісних та солоних нафтовмісних вод на рівні 97,5–99,8 %. З’ясовано, магнетит, модифікований сульфонолом, у порівнянні з немодифікованим магнетитом показує більшу ефективність вилучення нафти, однак тільки за високих концентрацій (200 мг/дм3 ) і лише і слабомініралізованих водах. Для забезпечення високого ступеню очищення нафтовмісних вод достатньо трьох годин. Показано, що у разі застосування в процесі синтезу магнетиту більшої кількість гідрофобізуючого агента, зокрема алкілімідазоліну, відбувається зниження впливу рН на очищення нафтовмісних вод різної мінералізації.

Опис

Ключові слова

нафтовмісні води, очищення емульсії, лляльні води, коагуляція, алюмінієвий коагулянт, сорбція, сорбент, магнітосорбційне очищення, терморозширений графіт, електрокоагуляція, електрофлотація, oil-containing waters, emulsion purification, bilge waters, coagulation, aluminum coagulant, sorption, sorbent, magnetosorption purification, thermally expanded graphite, electrocoagulation, electroflotation

Бібліографічний опис

Вознюк, М. Б. Екологічна безпека експлуатації водного транспорту : дис. … д-ра філософії : 101 Екологія / Вознюк Марта Борисівна. – Київ, 2024. – 193 с.

URI

https://ela.kpi.ua/handle/123456789/66789

DOI

Зібрання

Дисертації (ЕТРП)
Дисертації (вільний доступ)