Екологічна безпека експлуатації водного транспорту
| dc.contributor.advisor | Шаблій, Тетяна Олександрівна | |
| dc.contributor.author | Вознюк, Марта Борисівна | |
| dc.date.accessioned | 2024-05-15T11:44:41Z | |
| dc.date.available | 2024-05-15T11:44:41Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description.abstract | 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. | |
| dc.description.abstractother | The dissertation is devoted to finding possible ways to improve environmental safety in the operation of river and maritime water transport. To modern requirements, the development of the merchant fleet is aimed at increasing the volume of transportation, which is achieved by increasing the carrying capacity of ships, increasing the speed of vehicles, and automating control systems. At the same time, society needs to minimize the anthropogenic impact on the environment, in particular on the hydrosphere. According to monitoring studies, shipping accounts for almost half (at 45 %) of all oil and petroleum products pollution of the World Ocean. The main part of all oil pollution of natural reservoirs is associated with the intake of ballast, wash, and bilge waters into them. To manage and control the pollution of the World Ocean by oil and petroleum products, the International Maritime Organization regulates certain indicators for the discharge of relevant waters into water bodies. Under the MARPOL 73/78 Convention, ships are allowed to discharge cleaned bilge waters with a petroleum product concentration of up to 15 ppm into international waters overboard. The requirements of national legal acts prohibit the discharge of oil, petroleum products, and other pollutants from ships both on inland waterways and in Ukraine's internal sea waters. Most countries in the world adhere to this strategy. In addition, bilge water from ships must be systematically transferred to special treatment facilities for purification and disinfection or discharged overboard (in international waters) if they are purified using ship installations and provided that the oil concentration in the water does not exceed international requirements (15 ppm). Violation of the conditions for discharging oil- and petroleum product-purified water from local (ship) or stationary (onshore) treatment plants leads to negative consequences for the environment, biota, and humans. To reduce the anthropogenic load on the hydrosphere, it remains urgent to find highly efficient technologies for purifying ship oily waters. The first section describes modern methods for purifying oil-containing waters. Due to the wide range and variability of oil concentrations in ship wastewaters, as well as due to the many morphological forms of oil in wastewaters, a large number of methods for their purification are proposed. The main methods for purifying oil- containing waters are physical, physicochemical, electrochemical, and biological methods in various ways of their implementation. It is often proposed to use combined methods for purifying such waters. Certain advantages and disadvantages inherent in each of the proposed methods. Physical purification methods are characterized by simplicity of implementation and low price. However, the limiting feature of these methods is the limitation on the separation of particles of various morphological compositions. In particular, the efficiency of removal of emulsified oil, the fraction of which in oily waters is the largest, and surface-active substances is too small. Filtration methods are also characterized by low equipment costs, but their use poses a problem of the formation of wash waters and their disposal. The systems formed by oil and petroleum product impurities are kinetically unstable, and insoluble substances are held in suspension by the dynamic forces of the water flow. To remove impurities of this group, phenomena, and techniques based on physicochemical processes are also used. Wastewater purification by the coagulation method has become widespread. The purpose of using coagulants is to decrease the stability of aggregation and sedimentation of ionogenic, colloidal, and highly dispersed impurities contained in water. Coagulation water purification methods are characterized by low cost and ease of implementation, but the efficiency of purification from surface-active substances is low. The limitation of the use of environmentally friendly sorption removal of petroleum products using affordable plant raw materials is explained by their insignificant sorption capacity compared to synthetic sorbents. However, the use of the latter is largely limited due to the complexity of the processes for restoring their capacity and is limited by the ways of utilizing spent sorbents. Electrochemical methods, in particular electrocoagulation and electroflotation, meet all the basic requirements: a high degree of removal of pollutants, processing speed, and small equipment size. The disadvantages of electrochemical methods include energy and material consumption, and the probability of substances dissolved by electrochemical means getting into the environment. Concerning biological methods for purifying water from oil and petroleum products, these methods are characterized by the absence of the use of chemical auxiliary substances and, the low cost of the process. Among the disadvantages of this method, the low efficiency of water purification and the difficulty in purifying large volumes of it are distinguished. The second section of the dissertation work presents the objects and research methods. The section includes a description of the characteristics of model solutions simulating oily ship waters, as well as reagents and materials used in the work. The section provides methods for synthesizing artificial reagents and materials used in the work and describes in detail the research methods aimed at improving the efficiency of oil removal from oil-water emulsions of various mineralizations. The section also provides links to analytical quality control methods for water parameters. The algorithm for the mathematical processing of the obtained experimental data is described. The third section of the work characterizes the problem of hydrosphere pollution by oil and petroleum products by various industries. All potential sources of pollution of water resources by oil and petroleum products are considered, and the causes and contributions of negative impact from each type of source are given. The hazardous effects of petroleum products on environmental objects are analyzed: hydrobionts, birds, mammals, and humans; the values of regulatory indicators for the content of petroleum products for water bodies of various purposes are substantiated. The current environmental state of the Sea of Azov and the Black Sea is described, and the levels of ecological status for the main pollutants for different water areas are given. It is shown that the main problem of hydrosphere pollution by oil and oil products is associated with the operation of water transport, in particular with the discharge of ballast, oily, and wash waters of ships. Particular attention is paid to bilge waters, the formation of which on ships is inevitable. The fourth section of the dissertation work devoted to the results of studies on oil removal from oil-water emulsions by coagulation and electrochemical methods. It is shown that aluminum sulfate, aluminum hydroxide, and aluminum hydroxychloride at doses from 2 to 50 mg/dm3 allow achieving a high degree of oil recovery from emulsions. This achieves an oil recovery of 97-99%. It is proved that the efficiency of purification of oily waters with using aluminum coagulants significantly depends on the chemical composition of the coagulant and the initial mineralization of water. It was found that aluminum hydroxide has the highest efficiency in removing oil from water. A comparison of the use of sorption and sorption-coagulation methods for purifying fresh and saline oily waters has been carried out. Artificial thermally expanded graphite and BAU-K grade activated carbon were used as sorbents. As an alternative to the sorption method, a study was made of the use of the sorptioncoagulation method with the simultaneous use of aluminum-containing coagulants: aluminum sulfate and aluminum hydroxychloride and activated carbon. It has been established that the combined use of aluminum coagulants and activated carbon is characterized by variable efficiency, which depends on the type and dose of the coagulant, the mineralization of the source water, and the dose of the sorbent. The high efficiency of thermally expanded graphite in the processes of purification of oil-water emulsions has been shown. It has been proved that the treatment of oil solutions of low and high mineralization with oil content of 100 mg/dm3 by means of electrocoagulation in a onechamber electrolyzer provides 98–99 % oil removal using iron or aluminum electrodes. It was found that water treatment during the first 15 minutes ensures a decrease in the oil concentration by 97–98,5 % for waters of various mineralizations using both aluminum and iron anodes. It has been established that the electroflotation treatment of oil-water solutions ensures 98,6–99,9 % oil recovery using aluminum or iron electrodes at certain values of anode current density, the range of which depends on the mineralization of the source water. It is shown that as in the case of electrocoagulation, the duration of water treatment for the first 15 minutes is sufficient for almost complete removal of the pollutant. It has been proved that the efficiency of oily water purification mainly depends on its mineralization. In saline water, the purification process is more efficient, and in fresh waters. Comparison of aluminum and iron electrode application proves greater efficiency of aluminum anode. However, in the case of using an iron anode coated with a layer of magnetite, the highest efficiency of electroflotation purification is noted for brackish waters. The fifth section of the work presents the results of studies on assessing the degree of purification of oily waters using magnetites - magnetite synthesized according to the traditional method, and magnetites modified with water-repellent agents. Sulfonol or alkyl imidazoline was used as a water-repelling agent. It is shown that magnetite modified with alkyl imidazoline at doses of 50–200 mg/dm3 ensure a high level of oil recovery from waters of different mineralizations. The degree of water purification reaches 97,5–99,8 %. Magnetite modified with sulfonol shows greater efficiency compared to ordinary magnetite only at high concentrations (200 mg/dm3 ) and only in freshwater. It was found that to ensure the maximum degree of purification of oil-water solutions, three hours is sufficient. It has been established that increasing the amount of water-repellent agent (alkyl imidazoline) in the process of magnetite synthesis reduces the effect of pH on the purification of both fresh and mineralized waters. | |
| dc.format.extent | 193 с. | |
| dc.identifier.citation | Вознюк, М. Б. Екологічна безпека експлуатації водного транспорту : дис. … д-ра філософії : 101 Екологія / Вознюк Марта Борисівна. – Київ, 2024. – 193 с. | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/66789 | |
| dc.language.iso | uk | |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | |
| dc.publisher.place | Київ | |
| dc.subject | нафтовмісні води | |
| dc.subject | очищення емульсії | |
| dc.subject | лляльні води | |
| dc.subject | коагуляція | |
| dc.subject | алюмінієвий коагулянт | |
| dc.subject | сорбція | |
| dc.subject | сорбент | |
| dc.subject | магнітосорбційне очищення | |
| dc.subject | терморозширений графіт | |
| dc.subject | електрокоагуляція | |
| dc.subject | електрофлотація | |
| dc.subject | oil-containing waters | |
| dc.subject | emulsion purification | |
| dc.subject | bilge waters | |
| dc.subject | coagulation | |
| dc.subject | aluminum coagulant | |
| dc.subject | sorption | |
| dc.subject | sorbent | |
| dc.subject | magnetosorption purification | |
| dc.subject | thermally expanded graphite | |
| dc.subject | electrocoagulation | |
| dc.subject | electroflotation | |
| dc.subject.udc | 628.316.12; 628.541; 628.543 | |
| dc.title | Екологічна безпека експлуатації водного транспорту | |
| dc.type | Thesis Doctoral |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 8.98 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: