CC BY
172
8. Об утверждении Правил плавания в акватории Северного морского пути (зарегистрировано в Минюсте России 12.04.2013 г. № 28120)
из информационного банка "Российское законодательство (Версия Проф)" : приказ Минтранса России от 17.01.2013 г. № 7. - URL: (http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?base=LAW;frame=22; n=145233; req=doc (дата вхождения 25.10.2015 г.).
9. Об утверждении Правил применения тарифов на ледокольную проводку судов в акватории Северного морского пути (зарегистрировано в Минюсте России 16.04.2014 № 31983): приказ Федеральной службы по тарифам России от 04.03.2014 г. № 46-т/2. - URL: (http:// base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?base=LAW;frame=1;n=161998; req=doc) (дата вхождения 25.10.2015 г.).
10. Об утверждении тарифов на ледокольную проводку судов, оказываемую ФГУП «Атомфлот» в акватории Северного морского пути: приказ № 45-т/1 Федеральной службы по тарифам. - URL: (http://www.rg.ru/2014/04/09/suda-dok.html) (дата вхождения 25.10.2015 г.).
11. Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу: утверждены Президентом Российской Федерации Дмитрием Медведевым 18 сентября 2008 г. (Пр - 1969). - URL: http://rg.ru/2009/03/30/arktika-
osnovy-dok.html) (дата вхождения 24.10.2015 г.).
12. Правила плавания в акватории Северного морского пути: приказ Министерства транспорта России от 17 января 2013 года № 7 (зарегистрирован в Министерстве юстиции России 12 апреля 2013 года). - URL: http://www.mintrans.ru / documents/detail. php?ELEMENT_ID=19481(дата вхождения 24.10.2015 г.).
13. Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года. - URL: http://www.youngscience.ru /pages/main/documents/ 5124/11484/index.shtml (см. также: http://www.2010. forumstrategov. ru/upload/documents/pilyasov.pdf) (дата вхождения 22.10.2015 г.).
14. Фисенко А.И. Геополитические и транспортно-экономические аспекты развития Северного морского пути в России// Транспортное дело России. - 2013. - № 4 (107). - С. 235-238.
15. Фисенко А.И. Геополитические, правовые и транспортно-экономические аспекты развития Северного морского пути в России и задачи формирования грузовой базы морских перевозок// Проблемы транспорта Дальнего Востока. Пленарные доклады юбилейной десятой международной научно-практической конференции, посвященной 200-летию адмирала Г.И. Невельского. 2-4 октября 2013 г. - Владивосток: ДВО Российской Академии транспорта, 2013. - C. 21-26.
УДК [628.192:665.6]:627.7(0.75.8)
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОЧИСТКИ СУДОВЫХ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СУДОВЫХ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Тихомиров Г.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой судовых котельных, турбинных установок и вспомогательного энергетического оборудования, ФБОУ ВПО «Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского», e-mail: tikhomirov333@
mail.ru
На морском транспорте при решении проблемы водоотведения различают сточные нефтесодержащие воды: воды топливно-балластных танков; льяльные воды (нефтесодержащие воды машинных отделений) и воды с нефтеостатками судовых энергетических установок (СЭУ), накапливающиеся в шламовых цистернах топливных и масляных центробежных сепараторов. На танкерах обычно забортная вода с нефтеостатками после мойки грузовых танков отстаивается в специальных слоп-танках и сдается обычно на береговые очистные сооружения при заходе судна в порт.
Ключевые слова: льяльные воды, фильтрующее оборудование, нефтеводные смеси.
CURRENT STATE OF THE PROBLEM OF SHIP OIL CLEAN WATER AND ENVIRONMENTAL SAFETY SHIP POWER PLANTS
Tikhomirov G., Doctor of Techniques, professor, head of the Marine boiler, Turbine sets and Auxiliary power engineering equipment chair, FSEI HPE «Maritime State University named after admiral G.I.Nevelskoi», e-mail: tikhomirov333@mail.ru
In maritime transport in addressing sanitation distinguish waste oily water: water fuel and ballast tanks; bilge water (oily water machinery spaces) and water with oil slops ship power plants (SPP) that accumulate in the sludge tanks of fuel and oil centrifugal separators. On tankers usually sea water with oil slops after washing cargo tanks advocated special slop tanks and shall usually onshore treatment facilities at the arrival of the ship in port.
Keywords: bilge water, filtering equipment, oil water mixture.
На танкерах современной постройки предусматриваются дип-танки (глубокие танки), предназначенные для изолированного балласта, которые исключают смешивание балластной воды с остатками перевезённого груза. При балластировке танкера после выгрузки перевезённого груза танки изолированного балласта заполняют забортной водой акватории пункта разгрузки, которая обладает определённым химическим составом и содержит микроорганизмы (бактерии), свойственные данному району плавания. Чтобы не перевозить указанную биомассу (биоту) и не загрязнять ею другие районы плавания Мирового океана, в соответствии с требованиями МАРПОЛа, предусматривается технологический процесс замены принятого в порту балласта на более чистую забортную воду после выхода судна за пределы 200 - 500 миль от берега (на глубины до 2000 м). Здесь, на танкере в танках чистого балласта поочерёдно производят слив ранее принятого балласта и приём более чистой забортной воды, которая сливается уже при погрузке судна в следующем порту назначения.
Морские суда небольшого водоизмещения имеют междудонные топливно-балластные танки, которые попеременно заполняются
топливом или забортной водой (балластом), чтобы обеспечить остойчивость судну после использования из них топлива. Вода, заполняя такую цистерну, перемешивается с остатками топлива и составляет основу грязного балласта.
Количество грязного балласта обычно значительно больше, чем льяльных вод.При сбросе такой воды в открытом море остатки топлива, с точки зрения вторичного их использования, бесцельно пропадают, а окружающей акватории наносится огромный вред. Из-за отсутствия в Мировом судостроении надёжных и эффективных технических средств очистки больших объёмов грязного балласта и вод их шламовых цистерн топливных, а также масляных сепараторов СЭУ их необходимо сдавать на береговые очистные сооружения. Согласно требованиям МАРПОЛа на морских судах устанавливается фильтрующее оборудование (ФО), предназначенное исключительно для очистки льяльных вод. Предполагается, что в зависимости от размеров судна и его возраста ежесуточно в льялах МО может накапливаться вода в количестве не более 50 м3/ч. Поэтому производительность ФО по рекомендациям ИМО не должна превышать 50 м3/ч [1, 2, 3]. Установлено, что нефтесодержание
льяльной воды зависит от возраста судна и типа СЭУ. В среднем оно составляет не менее 2000 объёмных частей нефтепродукта на миллион аналогичных частей воды (млн-1 или ррт) для судов с дизельной энергетической установкой и 1500 млн-1 - для судов с паротурбинной СЭУ [6].
На морском транспорте для очистки льяльных вод получили распространение нефтеводные сепарационные установки коалес-центного типа. Однако это простое и достаточно эффективное оборудование оказалось практически непригодным, когда на судах стали использовать тяжелые сорта жидкого топлива с относительной плотностью до 0,98 г/см3. Нефтеводная смесь, содержащая капельные нефтепродукты (КНП) такой плотности в эмульгированном состоянии, не разделяется гравитацией даже при нагреве. Поэтому очистить воду от тяжелых фракций НП можно только фильтрацией её через сорбенты (фильтрованием). В этой связи Резолюцией ИМО МЕРС 60 (33) с 1998 года рекомендовано на вновь строящихся морских судах использовать фильтрующее оборудование для предотвращения загрязнения моря (ФО ПЗМ), т. е. комбинацию сепараторов и фильтров, обеспечивающих очистку воды от НП до 15 млн-1.
Анализ технической эксплуатации ФО по ПЗМ на морских судах различного назначения свидетельствует о его низкой эффективности в основном из-за недостатка сменно-запасных коалесцентныхфиль-троэлементов (коалесцёров) и доочистных сорбционных фильтров. Очистная способность ФО по ПЗМ зависит, как правило, от качества изготовления и своевременной замены его фильтроэлементов и доо-чистных фильтров после загрязнения их механическими примесями, асфальтенами и парафинами отделяемых нефтепродуктов. При отсутствии в очищаемой воде взвешенных веществ (ВВ) и небольшом нефтесодержании (до 250 млн-1) очистная способность ФО длительное время может оставаться достаточно высокой и соответствовать требованиям МАРПОЛа. Однако, при нефтеводных смесях (НВС), содержащих тяжелые сорта мазутов и ВВ, продолжительность эксплуатации ФО в среднем не превышает 50-100 часов. После чего требуется производить замену коалесцентныхфильтроэлементов или фильтрующих материалов из-за их кольматации (заиливания взвешенными веществами), т. к. в судовых условиях очистить их от загрязнений (регенерировать) не представляется возможным.
При разработке мероприятий для повышения эффективности процессов, происходящих в нефтеводном фильтрующем оборудовании для предотвращения загрязнения моря, следует учитывать особенности структуры и химического состава нефтесодержащих вод, которые образуются и накапливаются на морских судах.Заборт-ная вода, которой в качестве балласта обычно заполняют грузовой трюм танкера старой постройки, перевозившего нефтепродукты, будет также нефтесодержащей. В трюмах же сухогрузов вода, поступившая в них через неплотности люковых закрытий, обычно содержит остатки перевозимых грузов, например песка или рудного концентрата. При откачивании такой воды за борт судна загрязнения оказывают воздействие на окружающую среду и рабочие элементы осушительных насосов очистных технических средств, увеличивая их износ и уменьшая их ресурс. В результате конденсации влаги на обшивке корпуса судна ниже ватерлинии, а также в зависимости от размеров судна и его возраста, при эксплуатации СЭУ в результате утечек через дейдвудное устройство, из трубопроводов и механизмов в льяла МО могут непрерывно поступать пресная и забортная вода, топливо и смазочные масла, используемые в СЭУ. Эта вода называется льяльной. В ней могут быть загрязнения, поступающие при разборке, промывке, ремонте и заполнении различных механизмов (подогревателей топлива и масел, картеров СДВС, топливных и масляных центробежных сепараторов). Она может содержать также поверхностно-активные вещества (ПАВы), используемые при мойке механизмов и деки (пространства под плитами МО судна) в противопожарных целях. Отличительной особенностью льяльной воды является небольшое содержание в ней взвешенных веществ. Присутствие в ней кроме НП некоторого количества синтетических моющих средств, таких как стиральные порошки или пенообразователи типа ОП-2, создают условия для образования в льялах МО стойких нефтеводных эмульсий. С другой стороны образование эмульгированныхнефтеводных смесей при перекачивании нефтесодержащей воды из льял в сборные цистерны ФО является неизбежным. При качке и вибрации корпуса судна обводнённость слоя всплывших НП в льялах МО и в сборных цистернах увеличивается. В нефтесборниках ФО она может достигать 80-и %%в зависимости от конструкции ФО, режима коалесцентной фильтрации НВС, механизма отрыва и формирования капель НП на поверхности
коалесцентного устройства. Присутствие в льяльной воде ПАВ замедляет естественный процесс разделения КНП и воды из-за уменьшения межфазного поверхностного натяжения в результате адсорбции ПАВ на поверхности капель (на границе раздела фаз «нефть - вода»).
Если КНП в воде находятся в эмульгированном состоянии, они не коалесцируют между собой даже при нагревании. Одни объясняют это тем, что на границе раздела фаз (на каплях НП) образуется двойной электрический слой, обусловливающий возникновение энергетического барьера, который препятствует сближению этих частиц на расстояние, где действуют силы молекулярного притяжения, т. е. препятствует их укрупнению [5]. Другие - наличием плёнки воды, обладающей аномальными свойствами (чем меньше толщина плёнки воды, тем она прочнее) и тем самым, препятствующей процессу их слияния и укрупнению в объёме воды [4].
Степень дисперсности НП в льяльной воде, поступающей на очистку в ФО, различна и зависит от многих факторов, основными из которых являются: тип, техническое состояние и режим работы насосного агрегата, а также вязкость КНП и концентрация в воде ПАВ. Установлено, что наименьшее эмульгирующее воздействие на перекачиваемые НСВ оказывают насосы объемного типа (поршневые, диафрагмовые и винтовые), наибольшее - центробежные насосы [5]. Поэтому Регистром не рекомендуется использование центробежных насосов в нефтеводном очистном оборудовании. Тем не менее, в большинстве случаев нефтесодержащие воды, которые накапливаются в льялах МО, обычно перекачивают из льяльных колодцев в сборные цистерны быстроходными высокопроизводительными осушительными насосами центробежного типа. Создаваемая при этом нефтеводная эмульсия не всегда может отстаиваться в сборных цистернах. Увеличение её концентрации в сбросе неизбежно снижает эффективность очистного оборудования.
Считается, что льяльная вода не содержит капель НП диаметром более 250 мкм, т. к. начиная с диаметра 200 мкм и более, капли НП сравнительно быстро всплывают, образуя на поверхности воды пленку. Если капля НП находится в воде в виде шарообразной
частицы (рис.1.1), имеющей объем Кн иплотность Р н , то на части-
Р
цу при естественных условиях действует сила тяжести
, равная
Рн V Рп (
массе частицы 1 « • н , и подъемная сила " , равная (согласно
закону Архимеда) массе вытесненной воды
Р .Кн
имеющей
плотность
Р.
Рис. 1.1. Схема сил, действующих на частицу нефти в объеме воды
Если плотность КНП
Рн
меньше плотности воды
Р,
и раз-
меры частицы достаточно велики, то под действием разности сил
Р Р
п - м частица всплывает.
Р = Р Р = Р
Если н в , то п м ичастица будет находиться в
объеме воды во взвешенном состоянии, перемещаясь под действием и в направлении конвективных токов и броуновского движения.
Если
Рн >Р в
и частица КНП имеет достаточно большой
Р )Р
п / м
и поэтому в объеме воды она будет осаж-
размер, то даться.
Всплытию в воде частицы КНП шарообразной формы попереч-
S„
ным сечением н со скоростью н препятствует сила Я - сопротивления внутреннего трения водной системы, направленная в сторону, противоположную направлению её движения. По закону
Ньютона для случая, когда , всплытию частицы нефтепро-
дукта препятствует сопротивление воды, которое можно определить
Я = % ^ Р в^Н. %
по формуле %
(1.1)
где
безразмерный коэффициент сопротивления части-
цы;
ускорение силы тяжести. Попадая в объем воды, частица КНП, если она легче воды, в начальный период времени движется вверх ускоренно, поскольку
( р„ -Р„ ))- р р
4 п м / . Однако при постоянных значениях п и м очень скоро наступает момент достижения равенства движущей
( Р„ -Р, )= -
силы и сопротивления воды х п м / , поэтому скорость всплытия становится постоянной и частица начинает всплывать равномерно.
Подставив развернутые значения сил в уравнение установивше-
Рв^н -Рн^н =%Р,
s,.w:
гося движения частицы, получим 2 § ,
отсюда скорость всплытия для шарообразной частицы нефтепродукта
4 (Р . -Рн
3
Рв
(1.2)
где н - диаметр частицы нефтепродукта. Установлено, что режим движения дискретной частицы в воде характеризуется численным значением критерия Рейнольдса в виде
Яв =
^н Рв Дв
(1.3)
где Дв - коэффициент динамической вязкости воды. По данным Ю. М. Брусельницкого [5] каждому режиму всплытия
капли НП соответствуют свои значения критерия Яв и коэффициента сопротивления о. Наиболее благоприятный ламинарный режим
Яв
движения частицы имеет место при ^ < 0,2; переходный при
Яв Яв
0,2 < 500, а неблагоприятный турбулентный при >500.
%
Для шарообразных частиц НП критические значения можно
Яв
принять: в турбулентном режиме - 0,44; в ламинарном - 24/ и
Яв
переходном -18,5/ ^ 0,6 .
По данным С. М. Нунупарова [6] в нефтеводной эмульсии сохраняется в устойчивом состоянии около 50% капель НП диаметром от 10 до 30 мкм, остальное - это капли от 30 до 200-250 мкм. В НСВ содержатся также и растворенные углеводороды, количество которых колеблется в пределах 5-10 млн-1, причем нижний предел соответствует морской нефтесодержащей воде, а верхний - пресной воде.
Льяльные воды, являющиеся прямыми эмульсиями, полидисперсны и содержат частицы КНП различных размеров. При этом НП могут находиться в эмульгированном состоянии, имея размеры
от 100 до 0,1 мкм, в коллоидном (размер частиц от 0,1 до 0,001 мкм) и в растворенном, составляя с водой однофазную систему (размер частиц менее 0,001 мкм). Кроме того, в результате качки и вибрации корпуса судна в льяльных водах могут образовываться водонефтя-ные смеси грубодиспергированных частиц из КНП или сколотины, размеры которых превышают 100 мкм. Относительная плотность КНП (топлива и смазочного масла СЭУ), содержащихся в льялах МО судов, оценивается в пределах 0,84-0,99 г/см3.Водородный показатель льяльных вод находится в пределах рН = 5,9-8,5.
Небольшое по величине среднее содержание в льяльной воде взвешенных веществ и механических примесей (0,006%) позволяет использовать для её очистки от НП метод коалесцентной фильтрации. Присутствие в льяльной воде ПАВ замедляет естественный процесс разделения НП и воды из-за уменьшения межфазного поверхностного натяжения в результате адсорбции ПАВ на границе раздела фаз «нефть - вода». Поэтому, если не происходит энергичного перемешивания (например, из-за качки судна в шторм), накопление нефтеводной смеси в льялах МО обеспечивает расслоение её на три слоя: верхний, средний и нижний. Верхний слой, в котором содержится основная масса обводнённых НП, представляет собой «обратную» эмульсию, где вода диспергирована в нефти и её капли не коалесцируют между собой при низких температурах. Средний слой составляет так называемая стабилизированная часть, представляющая собой «прямую» эмульсию типа «масло в воде», а также растворенные в воде НП. Нижний слой состоит практически из чистой льяльной воды со следами легких углеводородов, растворенных в ней.
Можно выделить три основные характеристики льяльной воды, которые могут быть использованы при рассмотрении технологии очистки её от КНП, а также при разработке и выборе очистного оборудования: дисперсность КНП, их концентрация и стойкость эмульсии.
Стабилизаторами эмульсии в НСВ могут быть и механические примеси. В этом случае капельки НП обволакиваются механическими примесями, что препятствует их коалесценции и всплытию. Содержащиеся в морской воде ионы различных металлов и солей также могут способствовать образованию эмульсии.Удалять из воды эмульгированные НП гораздо сложнее, чем грубодисперсные, поэтому по возможности при очистке НСВ следует исключать факторы, способствующие образованию нефтеводных эмульсий. С этой целью рекомендуется способ вакуумного приема НСВ в ФО для очистки или самотеком. Если вакуумный прием или слив НСВ самотеком невозможен, следует применять тихоходные насосы объемного типа, такие как винтовые или поршневые. Однако на практике при использовании существующего оборудования полностью избавиться от присутствия в очищенной воде частиц эмульгированных НП не удается. Как показали исследования В. Ю. Якубовского [7], концентрация их колеблется в довольно широком интервале. В большинстве случаев она составляет 20-50 мг/л, иногда достигает 100 мг/л и более.
В нефтесодержащей воде капли НП могут находиться в виде грубодиспергированных частиц, размеры которых превышают 100 мкм, если их плотность находится в пределах 0,95-0,98 г/см3[6].
На конечный результат очистки льяльной воды методом фильтрации и большинством других методов значительное влияние оказывает растворимость в воде извлекаемых НП. Очевидно, что удаление растворенных нефтепродуктов механическими методами невозможно, поэтому при разработке технологии очистки НСВ необходимо это учитывать.
Вопросу растворимости НП в воде посвящено сравнительно небольшое число работ. Причем приводимые данные в ряде случаев недостаточно аргументированы и значительно различаются между собой. Известно, что нефти и их дистилляты слабо растворяются в воде. Поэтому НП в основном находятся в воде в грубодисперсном и эмульгированном состоянии, меньше - в растворенном.
Очень широкий разброс параметров реальных судовых НСВ делает невозможным однозначное определение их свойств. Речь может идти только о статистической оценке на основе больших выборок. Такие работы в течение последних 30 лет проводились многими исследователями. Некоторые из них на основе литературных данных (табл. 1.1) и собственных исследований получили обобщение в работе В. Ю. Якубовского [7], который предложил статистическую модель физико-химических свойств (стабилизированной послойной части) НСВ для морского судна (табл. 1.2). В этой работе были исследованы свойства стабилизированной части
Таблица 1.1. Физико-химические свойства стабилизированной дисперсной части судовых нефтесодержащих вод
Наименование Обоз-наче- Авторы и исследователи
ние Гипрорыб-флот, 1981 [33] Иванов И.А. и др., 1984 [30] Нунупаров С.М., 1985 [7] Грановский М.Г., 1969 [21] Карпинский Ю.И., 1976 [34]
Соленость, г/л Cs - - - 23,8-35,8 34,6-35,8
Плотность при 20 °С , кг/и': воды нефтепродуктов 1030-1200 850-985
Коэффициент поверхностного натяжения при 20°С, Н/м 103 Водородный показатель Ра Рн 1022-1033 830-950 830-970 840-960 1022-1033
Концентрация нефтепродуктов, мг/л: общая растворенных а 6,8-8,5 67,0-76,0 - 67,5-72,5 67,0-76,2
Средний диаметр капель нефтепродуктов,мкм: эмульгированных растворенных Концентрация взвешенных веществ, г/л рН С Ср d 0,030-0,500 6,0-7,6 5,9-7,1 6,0-7,6 6,0-7,6
d. 0,030-0,500 0,05-10,0 10-250 1,9-25 40-50
судовых нефтесодержащих вод. Были выбраны три группы объектов, с которых отбирались пробы НСВ: суда сборщики льяльных вод (СЛВ), работающие в порту Владивосток; рыбодобывающие и рыбообрабатывающие суда; суда научно-исследовательского флота ДВО РАН, а также транспортные суда различных судоходных компаний во Владивостоке. В общем случае льяльные (подсланевые) нефтесодержащие сточные воды по своему составу и физико-химическим свойствам представляют собой сложные трудноразделимые гетерогенные системы, свойства которых до сих пор в полной мере не изучены. Имеющиеся в литературе сведения по этой теме не позволяют сделать однозначных выводов. Тем не менее, установлено, что свойства стабилизированных нефтесодержащих вод, полученных с судов различного назначения, принципиально по содержанию НП не отличаются. Тогда как пробы НСВ, полученные от СЛВ, отличаются значительным содержанием растворенных НП, высокой дисперсностью и стабильностью эмульгированныхНП,
низким коэффициентом поверхностного натяжения из-за наличия в них большого количества ПАВ, поступивших, вероятно, после мойки топливных танков.
Для получения адекватной картины физико-химических свойств НСВ (их стабилизированной дисперсной части) результаты анализов проб, взятых с морских судов и СЛВ, были объединены. Это явно ужесточает общую картину свойств НСВ, но позволяет при разработке и модернизации очистного оборудования с гарантией оценить возможные условия его технической эксплуатации. Все основные результаты статистической обработки [7] сведены в табл. 1.2.
Анализ технической эксплуатации фильтрующего оборудования по ПЗМ показывает, что нефтеводные эмульсии в льяльных водах образуются при перекачивании их по трубопроводам в результате отрыва капель от пленки НП на стенках труб, а также при дросселировании воды в узких сечениях каналов арматуры. В зависимости от вязкости НП и соотношения скоростей движения их капель, вы-
Таблица 1.2. Основные свойства стабилизированной дисперсной части судовых НСВ (математическая модель) [25]
Характеристика Характеристики соответствующего закона распределения
Обоз- эмперирического одномерной случайной совокупности
наче- распределения Закон Пара- Границы довери- Дисперсия Критическая
Наименование ние Среднее Среднее распре- метр тельного интер- параметра вероятность
арифме- квадратичное отклонение дения масш- вала масштаба для критерия
тическое таба верхняя нижняя согласия
Нормаль-
Содержание хлоридов в нефте- [СГ] 11524,0 4192 ный - 0,232
содержащей воде, мг/л Нормаль-
Плотность при 20°С, кг/л Р 1013,0 6,50 ный 1013 1015,0 1011,1 0,935 0,573
Коэффициент поверхностного а 66,4 6,9 Нормаль- 66,4 68,8 63,9 1,4 0,090
натяжения при 20°С, Н/м-103 ный
Водородный показатель рН 6,6 1,1 Вейбулла 6,9 7,2 6,7 -0,2 0,108
Концентрация НП:
общая, мг/л С 119,2 82,6 Вейбулла 131,1 162,0 105,9 280,8 0,985
растворенных, мг/л ср 12,4 8,4 Гамма 0,197 (12,4) 0,245 (17,7) 0,165 (8,0) 0,002 0,942
Средний диаметр капель НП,
зывающих их деформацию в проточных каналах насосов и арматуры, дисперсность эмульсии может увеличиваться, либо уменьшаться за счёт дробления капель и их коалесценции на гидрофобных поверхностях (стенках труб, прокрытых плёнкой НП).
П.А. Ребиндер [8] в своих работах развил представления о механизме эмульгирования как о процессе деформации больших капель дисперсной фазы эмульсии в цилиндры неустойчивых размеров. Он доказал, что вытянутая в цилиндр капля (рис. 1.2) самопроизвольно распадается, когда длина I образовавшегося цилиндра превышает
периметр его основания , т. е.
l >nD
(1.4)
При выполнении условия (1.4) поверхность продуктов распада меньше поверхности исходного цилиндра, и этим определяется самопроизвольность распада, сопровождающегося уменьшением поверхностной энергии.
Рис. 1.2. Стадии диспергирования капли нефтепродукта в воде: 1 - исходная капля НП; 2 - деформация капли в цилиндр; 3 -распад цилиндра на крупные капли и сателлиты
Л. Я. Кремнев и А. А. Равдель установили [9], что такой же простой механизм диспергирования проявляется и в опытах по продавливанию высоко концентрированных эмульсий через капилляры фильтров под влиянием перепада давления, т. е. при движении
структурированной системы, ограниченной стенками капилляра. Они установили, что продавливание исходной эмульсии через капилляры, даже с небольшой скоростью, неизменно вызывает деформацию капель НП при сжатии и последующее дробление их с повышением дисперсности нефтеводной смеси. Самопроизвольный распад эллипсоидной капли как при растяжении, так и при сжатии сопровождается появлением очень маленьких капель (микронных размеров), которые получили название сателлитов.
По своей природе эмульсии - термодинамически неустойчивые системы. Вследствие большой поверхности раздела фаз система имеет большой запас свободной поверхностной энергии. Такая система стремится самопроизвольно перейти в устойчивое состояние путём снижения поверхностного натяжения или сокращения площади поверхности раздела фаз. Это приводит к тому, что в состоянии покоя капли флоккулируют (сближаются, рис. 1.3) и при контакте с гидрофобной поверхностью могут коалесцировать на ней (сливаться и образовывать плёнку). При наличии в системе капель тяжелых нефтепродуктов эмульсия постепенно расслаивается. Чем быстрее протекает этот процесс, тем менее устойчива эмульсия.
§
ш.
мером 10
Рис. 1.3. Флоккуляция капель мазута М40 (размером 10 мкм и менее) в природной воде при температуре 10 оС
В действительности следует считаться с протекающим при механическом диспергировании капель НП противоположным процессом - возможной коалесценцией капелек НП на гидрофобных поверхностях трубопроводов, т. е. в плёнках НП, образующихся на внутренних стенках труб.
Литература:
1. Resolution MEРC.60(33). Guidelines and specifications for pollution prevention equipment for machinery space bilges of ships. -London : IMO, 1992. - 132 p.
2. Resolution MEPC.107(49). Revised guidelines and specifications for pollution prevention equipment for machinery space bilges of ships.
- London : IMO, 2003. - 25 p.
3. Resolution A.393(X). Recommendation on international performance and test specifications for oily-water separating equipment and oil content meters, - London : IMO, 1978. - 32 p.
4. Lee Kavanau J. 1964. Water and solute-water interactions. Holden-Day, Inc. 102 p.
5. Брусельницкий Ю. М. Судовые устройства очистки трюмно-балластных вод от нефтепродуктов. - Л.: Судостроение, 1966.
- 200с.
6. Нунупаров С. М. Предотвращение загрязнения моря с судов.
- М.: Транспорт, 1985. - 288 с.
7. Якубовский В. Ю. Статистическая модель физико-химических свойств судовых нефтесодержащих вод // Судовые энергет. установки: Сб. науч. тр. / Николаевск. кораблестроит. ин-т. - Николаев, 1993. С. 51 - 58.
8. Ребиндер П. А. К теории эмульсий // Поверхностные явления в дисперсных системах. Избранные труды. - М.: Наука, 1978. - С. 249 - 267.
9. Кремнев Л. Я., Равдель А. А. О механизме эмульгирования // Коллоидный журнал. - 1954. - Т.16. - №1. - С. 17 - 28.
