Теңіз бетіне төгілген мұнай өнімдерін жоюдың және тазалаудың әдістері

Х.Досмухамедов атындағы Атырау мемлекеттік университеті

Қожахметова Г., Есенаманова Ж.С.

Теңіздің мұнай және мұнай өнімдерінің төгілуінен өздігінен тазару үрдісі күрделі және көпжақты болып келеді. Оның тазару жылдамдығына көп жағдайда мына шарттар әсер етеді: судың температурасы, желдің жылдамдығы, мұнайдың фракциялық құрамы, фотикалфық жағдайлар, оттегінің концентрациясы және т.б.

Су қоймаларынан мұнай және оның өнімдерінің тазалаудағы негізгі факторлар: булану, фотохимиялық, физикохимиялық және микробиологиялық қышқылдану үрдістері. Бұл тазару әдісіне өте аз деңгейде теңіз жануарлары мен ассемиляциялау үрдісі де, онымен бірге мұнайдың атмосфераға көпіршік арқылы шығарылуы да әсер етеді. Мұнай және оның өнімдері судың беткі бөлігінде тұрақты агрегат күйінде сақталуы мүмкін.

Мұнайдың теңізге төгілу салдарынан оның компоненттері атмосфераға тарайды да суда ери бастайды, кей бөліктері эмульсиялы жағдайға түседі, ал кей бөліктері теңіз түбіне шөге бастайды. Сапалық тұрғыдан алғанда сәйкесінше теңіз кен орнының мұнайы 50-80% газалмасу фазасына өтеді, 10-20% еріп кетеді, 10-20% суда эмульсия түрінде болады, 2-5% агрегаттар түзеді және қалған 1-3% теңіз түбіне шөгуі мүмкін.

Мұнай өнімдерінен теңіздің өздігінен тазару барысында 50-80% булану арқылы жойылады. Мұнайдың 20-45% қышқылданып ыдырауға түседі. 3% дейін мұнай өнімдері теңіз бетінде агрегаттар күйінде жүзіп жүруі мүмкін, 2-5% мұнай су түбіне шөгіп тұнбаға айналуы мүмкін.

Егер теңізге Теңіз кен орны мұнайынан ауыр мұнай төгілетін болса, ондағы жеңіл фракциялардың аз болуына байланысты қышқылдану және булану арқылы тазаратын мұнайдың бөлігі азая түседі, соның салдарынан теңіз бетінде агрегаттар күйінде қалқып жүретін мұнай бөлігі мен теңіз түбіне шөгетін мұнайдың бөлігі арта түседі.

Теңіз суларының мұнайдан өздігінен тазаруы су – ауа және су – топырақ фазалық бөліктерінде аса қарқынды жүреді. Мұнайдың компоненттерінің қышқылдандыру кезіндегі маңызды элементтердің бірі оттегі болып табылады. Оның шығын мөлшері орташа есеппен алғанда 1 мг мұнайды қышқылдандыру үшін 0,4 мг оттегі қажет. Су құрамында жаз айларында 7 г және қыс айларыснда 14-16 г оттегі болатындықтан, судың әрбір шаршы метрінде қышқылдану мөлшері 17-ден 35-40 г мұнай мөлшеріне дейін жетеді. Суда еріген немесе эмульсияланған 1 тонна мұнайды ыдырату үшін оған ең кемінде 25-65 мың м³ су қосып араластыру қажет.

Судағы оттегінің қосымша көзі бұл фотосинтез процесі, бірақ бұл да көп мөлшердегі мұнай бар жерде басымдылыққа ие болмайды. Себебі атмосферадан келіп түсетін оттегі мөлшері су бетіндегі мұнай үлбірі (пленка) салдарынан біраз азаяды. Бұл орайда атмосферадан оттегінің түсуі күн сәулесі арқылы фотохимиялық қышқылдану арқылы жүзеге асады, бұл жағдайда мұнай тотықтырғыш бактериялар мен микроағзалар қарқындылығы көбейеді.

Қарапайым жағдайларда мұнай тотықтырғыш бактериялар мөлшері жалпы микробтардың 1% төмен мөлшерін құрайды. Қоректік ортаның қолайлы болуына байланысты, яғни мұнай және оның өнімдерінің болуына байланысты бұл бактериялардың саны 10% дейін артады, ал жалпы саны 10⁶ – 10⁸ кл/мл дәрежесіне жетеді.

Мұнайдың булану жылдамдығы ондағы мұнайдың жеңіл фракциялары арқылы анықталады, бұған қоса температура және желдің жылдамдығы әсер етеді. Теңіз кен орнының жеңіл фракциялы мұнайының ыдырауы (булануы) сыртқы факторларға байланысты 1 тәуліктен 19 тәулік аралығына дейін жетеді.

Мұнайдың қышқылдану жылдамдығы температураға да тікелей байланысты, мысалға температура 10 ⁰С төмендеген кезде мұнайдың ыдыраушылық қасиеті екі есеге төмендейді. 20-25 ⁰С кезінде Солтүстік Каспийдегі мұнайдың жартылай ыдырау периоды 246 сағатты құрады, яғни 10, 25 тәулік. Судағы мұнай өнімдерінің концентрациясының ШМК мөлшеріне дейін төмендеу уақыты мұнайдың алғашқы концентрациясы арқылы анықталады. Жоғарғы молекулалы мұнай өнімдерінің қышқылдануы, яғни ыдырауы айларға созылуы мүмкін. Каспий теңізінде жазғы уақытта беткі үлбірдің микробты қышқылдану жылдамдығы 2,4 мг/м² тәулікті құрайды, осы жерде фотохимиялық қышқылдану арқылы бұл көрсеткіш 2 г/м² тәулікке дейін жетуі мүмкін.

Мұнайды агрегирлеу және седиментация үрдістерін мұнайдың негізгі жеңіл бөлігі буланғаннан кейі жүзеге асырады, көп жағдайда төгілулерден кейін 5-10 күннен соң. Бұл үрдіс уақыт бойынша бірнеше күннен бірнеше айға дейін жалғасуы мүмкін.

Мұнайдың төгілуі және су бетінде таралуы оған әсер етуші мұнай көздеріне байланысты әуелі дөңгелек шеңбер түрінде қалыптасады, кейін бір бөлікке қарай ұзарып жинала бастайды, мұнай дақтарының радиусы уақыт бойынша және мұнайдың түсу жылдамдығы бойынша алуан-түрлі болады, орташа есеппен алғанда 1 т/сағат (0,3 кг/с) мөлшерінде 3,5 сағат – 12 м құрайды. Егер осымен мұнайдың суға түсуі тоқтатылса мұнайдың дағын кетіру 1 м – 5 сағат, 30 м – 10 сағат, 50 м – 15 сағат мөлшерінде болады.

Мұнайдың суға төгілу жылдамдығына байланысты соған тура пропорционал түрде ластанатын аумақ та үлкейіп отырады. Желдің әсерінен мұнай дақтарының таралуы және қозғалуы арта түседі, бұл жылдамдық желдің жылдамдығының 15-20% құрайды. Егер су бетіне 3,5 тонна мұнай төгілген болса мұнай қабатының жұқаруы 3,5 сағатта – 1 см-ден тәулігіне 0,1 см дейін, тіпті кей жағдайларда 10 тәулікте 0,01 см дейін болады.

Қазіргі қолданыстағы мұнай өнімдерінің төгілуімен күресуге бағытталған әдістердің барлығын саралай келе ешқандай әмбебап әдістің жоқ екендігі анықталды. Әрбір әдістің өзіндің артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Мұнай дақтарын локализациялау үшін механикалық, термикалық және физико-химиялық әдістер қолданылады. Олардың ішіндегі ең кең қолданылатыны төгілген аймақтарды бондық қоршаулар арқылы одан әрі таралуына жол бермеу.

Мұнай төгілулерін жинау және жоюдың механикалық, термикалық, физико-химиялық және микробиологиялық әдістері бар. Егер мұнай өнімдерін жай қарапайым тазалап алу болса онда механикалық әдіс қолайлы, ал егер мұнай қалдықтарын неғұрлым тиімді және қалдырусыз тазалау мақсатында микробиологиялық әдісті қолданған абзал. Соңғы әдістің кемшіліктерінің бірі мұнай өнімдерінің ыдырауына ұзақ уақыт кетеді. Ең қолайлы тәсіл әртүрлі әдістерді өз ретімен орнымен қолдана отырып ластану аумағын мейлінше азайту.

Термикалық әдісте (мұнайды жағу) теңіз бетіндегі стационарлы және қозғалмалы инженерлік құрылғылар өртке орануы мүмкін, бұнымен қоса су ағысы мен желдің әсері де бар. Бұлардан бөлек мұнайдың жану өнімдері арқылы атмосфералық ауа да ластанады. Бірақ мұнай және оның өнімдерімен ластануға неғұрлым сезімтал аймақтарды мұнайдың төгілуінің әсерін жылдам тоқтату мақсатында осы термикалық әдісті кеңінен қолданады.

Мұнайдың төгілу барысында су түбіне шөккен мұнай судың флорасы мен фаунасына кері әсерін тигізеді, осылайша көптеген теңіз ағзаларының дамуына кедергі болады. Бұдан бөлек су түбіне шөккен мұнай өнімдері балықшылардың аулары мен қармақтарына да зиян тигізеді. Жоғарыда келтірілген кемшіліктерге қарамастан мұнайды су түбіне батыру әдісі су бетіндегі мұнай дақтарын тез жоюдың және осылайша көптеген құстардың зардап шегуінің және өлімінің алдын-алады. Диспергирлі мұнаймен ластану дегеніміз бұл мұнайдың қалдықты бөлшектерін ыдырату мақсатына арнайы диспергенттерді қолдану нәтижесінде пайда болады, бұл заттар мұнайды эмульсиялы күйге келтіріп осылайша мұнайдың биохимиялық ыдырауын тездетуге бағытталған. Диспергирлеуші заттар негізінен мына қасиеттерге ие болуы қажет: биологиялық тұрғыдан жұмсақ, теңізде тіршілік етуші ағзалар үшін токсинді емес және зиянсыз және тіпті сумен үлкен мөлшерде араласқан күннің өзінде де эмульсияның оптимальді тұрақтылығын қамтамасыз ету қажет.

Су бетінің мұнай өнімдерімен ластану барысында сорбциялық тазалау әдістерін қолдану арқылы су бетіндегі мұнай өнімдерінің 4000-6000 мг/л – ден 10-14 мг/л дейінгі қабатын тазалауға мүмкіншілік береді. Су бетіндегі мұнай және оның өнімдерін адсорбирлеуші материалдар арқылы тазалау технологиясы өте қарапайым. Аталған материал су бетіне ұнтақ күйінде шашылады. Бұдан кейін олар мұнай және оның өнімдерін бойына сіңіреді де майлы мұнай дақтарын қалыптастарады. Адсорбенттер ретінде әртүрлі минералды, синтетикалық және өсімдік текті сіңіргіш қабілетке ие зиянсыз заттарды қолдануға болады.

Бірақ бұл әдіс те кең қолданысқа ие болмады, себебі су бетіндегі адсорбенттерді жинау жұмыстарының қиындығына байланысты. Оларды өртеу әр кезде де мүмкін емес, себебі жақын аймақта орналасқан ғимараттар құрылғылар, қондырғылар зардап шегуі мүмкін; сондай-ақ мұнайды танкерлерге айдау барысында аталған адсорбенттер кедергі туғызуы мүмкін, яғни құбырлардың кіре-беріс қуыстарына тұрып қалып сораптардың жұмысына кедергі келтіреді. Бұлармен қатар адсорбенттерді өртеу барысында қоршаған атмосфералық ауа зардап шегеді. Бұл әдісті кеңінен қолданысқа енгізу үшін бірнеше рет қолдануға болатын, яғни регенерацияға бейім абсорбент ойлап табу қажет, немесе адсорбенттер құрамынан механикалық жолмен мұнай өнімдерін бөліп алуға болатын және оны залалсыздандыратын арнайы әдістер табылса ғана жүзеге асады.

Жоғарыда келтірілген ақпараттық материалға сүйене отырып төмендегідей қорытынды жасауға болады, негізінен физико-химиялық әдістер, диспергенттер және өзге де химиялық препараттар су бентосына қолайсыз әсер етеді.

Теңіз бетіндегі мұнайды механикалық жолмен тазалау барысында көптеген жағдайда аталған өнімді тасымалдау үшін және де төгілу орнына жеткізу үшін технологиялық құралдарды талап етеді, тіпті кейбір жағдайларда өте қымбат тұратын құралдар мен қондырғылар қажет болады. Бұлардан бөлек механикалық тазалау барысында мұнай және оның өнімдерін толықтай тазалау мүмкіншілігі болмайды, сондықтан да су бетінде жұқа мұнай қабаттары сақталады. Бірақ теңіз бетіне төгілген мұнайды су түбіне батырғаннан көрі осылайша механикалық жолмен тазалау әлдеқайда тиімді әрі зиянсыз саналады.

Микробиологиялық әдісті қолдану арқылы мұнай және оның өнімдерін су бетінен тазалау минимальді шығындармен сипатталады әрі жоғарғы тиімділікке ие, бұған қоса қоршаған ортаға және оның экологиясына зардаптар тимейді. Бұл әдісте мұнай өнімдерін ыдыратуда мұнай тотықтырғыш микроағзалар қызмет арқарады. Бірақ теңіз суы 10 ⁰С төмендеген кезде бактериялық ыдырау үрдісі тоқтатылады немесе өте баяу күйде жүреді. Бұл әдістің тағы бір кемшілігі микробиологиялық тазалау барысында су бетіне төгілген мұнай өнімдерін залалсыздандыруға мүмкіншілік болмайды.

Осылайша су бетіне төгілген мұнай және оның өнімдерін тазалаудың және жоюдың бірнеше әдістері бар екендігін аңғарамыз. Олардың әрқайсысының өзіне тән артықшылығы мен кемшілігі бар. Неғұрлым кең қолданылатын және болашағы бар әдістер келесі реттілікпен орналасады: механикалық – сорбциялық – диспергирлеуші – биологиялық әдіс.

Пайдаланылған әдебиеттер

1. Нельсон-Смит А. Загрязнение моря нефтью. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 124 с.

2. Артюкова ВИ., Носов В.Н. Деградация нефти в море. // »Теорстическая экология», М., 1987. - с. 55-63.

3. Алекип О.А., Ляхин Ю.И. Химия океана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984.— 343 с.