Ліквідація екологічних наслідків транспортних аварій з нафтопродуктами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний авіаційний університет

21.06.01 - Екологічна безпека

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Ліквідація екологічних наслідків транспортних аварій з нафтопродуктами

Зеленько Юлія Володимирівна

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі хімії та інженерної екології Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна.

Науковий керівник:

доктор хімічних наук, професор Плахотник Володимир Миколайович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна, завідувач кафедри хімії та інженерної екології

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Бойченко Сергій Валерійович, Національний авіаційний університет, кафедра екології та дизайну

доктор технічних наук, професор Шмандій Володимир Михайлович, Кременчуцький державний політехнічний університет, завідувач кафедри екології

Провідна установа:

Національний технічний університет України "КПІ", м. Київ (НТУУ "КПІ")

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Національного авіаційного університету (пр-т Космонавта Комарова, 1, 03058, м. Київ).

Учений секретар спеціалізованої вченої ради Сокольський Г.В.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема забруднення навколишнього середовища нафтопродуктами виникла одночасно з початком використання людиною природної вуглеводневої сировини, а можливо і раніше, тому, що джерелом забруднення можуть бути і природні емісії нафти. У різноманітних публікаціях провідні спеціалісти визнають, що загальні світові втрати нафти в процесі її транспортування складають біля 2% обсягу нафтовидобування. Втрати нафтопродуктів на складах ПММ, нафтобазах, підприємствах нафтопереробки офіційно не повинні перевищувати 3% обігу, в дійсності ж вони значно більші. В результаті такого роду явищ практично під будь-яким об'єктом, пов'язаним із видобуванням, переробкою, транспортуванням, збереженням, реалізацією нафти і нафтопродуктів, утвориться зона забруднення ґрунтів і підземних вод різноманітними вуглеводнями нафтового ряду. Процес проникнення рідких вуглеводнів у ґрунт, їхнє переміщення як по вертикалі, так і по горизонталі, так само як і процеси, що проходять з ними в ході міграції, досить складні і все ще недостатньо вивчені.

Нафтопродукти є одними з найбільш розповсюджених вантажів, що транспортуються по залізницях. Як показує статистика, транспортні аварії, які супроводжуються значними розливами нафтопродуктів, зустрічаються достатньо часто і створюють серйозну загрозу для навколишнього середовища. З цієї причини оцінка впливу таких аварій на довкілля і розробка рекомендацій по усуненню їхніх наслідків є одним із пріоритетних напрямків транспортної екології та створення системи екологічної безпеки регіонів. Існуючі методи ліквідації екологічних наслідків аварій з нафтопродуктами дуже недосконалі і практично не призводять до мінімізації впливу аварій на довкілля. Хоча нафтопродукти не відносяться до речовин високої токсичності, при їхньому впливі на ґрунти відбуваються істотні порушення ґрунтових біоценозів, загибель мікроорганізмів, блокування водно-сольових обмінів із корінням рослин і т.п. Немаловажними є також факти значних втрат нафтопродуктів як енергоносіїв, що особливо актуально для України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно з планами робіт комісії з транспортної політики, екології та комбінованих перевезень Організації співдружності залізниць (підтема №3.1 “Розробка організаційних заходів і технічних рішень по ліквідації екологічних наслідків аварійних ситуацій під час перевезення небезпечних вантажів”), договірною науково-дослідною роботою №51.04.97.01 “Розробка наукових основ екологізації основних технологічних процесів на залізничному транспорті” № держреєстрації 0198И005999.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка способів ліквідації екологічних наслідків аварій рухомого складу залізниць при транспортуванні нафтопродуктів з використанням у якості поглиначів відходів різних виробництв і забезпечення на цій основі екологічної безпеки процесу перевезень.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- дослідити процеси міграції різних нафтопродуктів скрізь найбільш розповсюджені на Україні типи ґрунтів;

- дослідити кінетику поглинання, а також поглинаючу здатність різноманітних матеріалів по відношенню до нафтопродуктів при різних умовах (температура, вологість, дисперсність та інш.);

- виконати необхідне удосконалення існуючих механізмів та допоміжного обладнання для проведення ліквідаційних заходів;

- вибрати і обґрунтувати спосіб утилізації продуктів поглинання.

Об'єкт дослідження: процеси проникнення нафтопродуктів крізь ґрунти та процеси їх поглинання відходами виробництв і різноманітними природними матеріалами.

Предмет дослідження: нафтопродукти (дизельне паливо марки Л, бензин автомобільний А-76), що потрапили в довкілля в результаті транспортних аварій, природні матеріали (пемза, каолініт, туф) та відходи (металургійної, коксохімічної, теплоенергетичної промисловостей, будівельного і деревообробного виробництв).

Методи дослідження: теоретичні методи досліджень були засновані на системному підході до аналізу екологічного стану в місцях масштабних транспортних аварій з нафтопродуктами, який передбачає вибір і врахування впливу домінуючих факторів на досліджені процеси. Розрахунки взаємодії нафтопродуктів з деякими поглиначами на молекулярному рівні виконані з використанням квантово-хімічних методів. Експериментальні дослідження проводилися за стандартними методиками.

Наукова новизна одержаних результатів

· Досліджено шляхи міграції дизельного палива і бензину крізь найбільш поширені типи ґрунтів України при різних умовах. Отримані результати вперше дозволять виконувати прогнозування забруднення ґрунтів нафтопродуктами при аварійних розливах в умовах України.

· Запропоновано використання широкого спектру відходів різних виробництв для поглинання пролитих під час аварій нафтопродуктів. Вперше виконані систематичні дослідження кінетики поглинання, а також поглинаючої здатності поглиначів по відношенню до нафтопродуктів. Встановлено вплив природи нафтопродукту і механізму процесів.

· Визначено теплоти згоряння і зольності продуктів поглинання дизельного палива розглянутими сорбентами. Виведено кореляційне рівняння між теплотворною і поглинаючою здатністю.

· Вперше, на підставі квантово-хімічних розрахунків розкрита природа міжмолекулярних взаємодій у системах, що включають поверхні капілярів глинистих ґрунтів і молекул вуглеводнів. На основі зафіксованих ефектів атракції і переносу р-електронної густини ароматичних вуглеводнів на вакантні орбіталі поверхневих атомів водню, пояснена різниця в капілярній міграції дизельного палива і бензину.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено технологію ліквідації екологічних наслідків аварій з нафтопродуктами на залізничному транспорті. Технологія була застосована на реальному об'єкті в умовах паливно-наливної станції локомотивного депо Нижньодніпровськ-Вузол Придніпровської залізниці.

Розроблені прийоми проведення ліквідаційних заходів під час аварій з нафтопродуктами введені в “Рекомендації Р003“ для країн-членів Організації співдружності залізниць.

Особистий внесок здобувача. Отримання експериментальних даних, їх критичний аналіз, узагальнення результатів, проведення розрахунків, підготовка тез, публікацій та докладів виконано особисто здобувачем. Обговорення результатів, постановка мети та задач дослідження, остаточний аналіз і формулювання висновків виконано спільно з науковим керівником.

Розрахунок технічних засобів виконано у співробітництві з кафедрами теплотехніки та прикладної механіки Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна.

Квантово-хімічні розрахунки виконані сумісно з доктором фізико-математичних наук Россіхіним В.В.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались: на “II Научно-практической конференции по безопасности движения, - Москва, МИИТ - 2000”; на Международном симпозиуме "Межрегиональные проблемы экологической безопасности", Сумы - 2003; IV, VI і VII Міжнародних науково-практичних конференціях "Екологія. Людина. Суспільство", -Київ, КПІ - 2001, 2003, 2004; 2 Науково-практичній конференції "Довкілля - XXI", Дніпропетровськ - 2002; 2 Международной научно-практической конференции "Проблемы природопользования, устойчивого развития и техногенной безопасности регионов", Днепропетровск - 2003; на Международной научной конференции "Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон", Санкт-Петербург, РГГМУ, - 2002; Науково-практичній конференції "Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем: техніка, технологія, економіка і управління", Київ, КУЕТ - 2003; презентація “Технології ліквідації екологічних наслідків аварій з нафтопродуктами” проведена на 2 Міжнародній виставці форумі “Довкілля - 2004”, Київ, 2004.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 5 статей в наукових спеціалізованих виданнях, 9 тез доповідей на національних та міжнародних конференціях, одержано патент України.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація викладена на 204 сторінках і складається зі вступу, 6 розділів, висновків, списку використаної літератури із 255 джерел, 1 додатку. Робота містить 20 таблиць та 60 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі досліджень, наведені відомості про наукову новизну, практичне значення результатів, апробацію та публікацію наукових результатів.

Перший розділ включає огляд сучасного стану проблеми. Окремо виділені дані по транспортуванню нафтопродуктів залізничним транспортом і аваріям з цим типом вантажів. Детально обговорені властивості ґрунтів і літературні дані про міграцію в них нафти, а також продуктів її переробки. Приведені відомості про властивості нафтопродуктів, головним чином тих, які досліджувались в дисертації. Обговорені способи очистки забруднених ґрунтів від нафтопродуктів та методи утилізації відходів нафтопродуктів. Незважаючи на наявність окремих даних, в літературі відсутні системні дослідження і розробки по ліквідації екологічних наслідків масштабних розливів нафтопродуктів під час транспортних аварій і їх вплив на екологічну безпеку.

Другий розділ присвячений вивченню процесів міграції нафтопродуктів - дизельного палива (ДП) марки Л та бензину А-76 в найбільш поширених ґрунтах України, а саме (суглинки, супісок, черепашник, пісок).

Експерименти поставлені, як в лабораторних, так і в польових умовах. Показано, що найбільш вагомими факторами, які впливають на швидкість міграції, є тип та ступінь ущільнення ґрунту, фізико-хімічні властивості нафтопродукту, температура процесу та вологість ґрунту.

Рис.1. Вплив вологості на проникаючу здатність дизельного палива при температурі 20°С: 1 - супісок; 2 - черепашник; 3 - лесовидний суглинок; 4 - пісок; 5 - червоно-бурий суглинок

На рис. 1 показано вплив вологості на проникаючу здатність (швидкість міграції) ґрунтів при температурі 20єС по відношенню до дизельного палива. Цікаво, що вплив цього фактора для грубодисперсних і тонкодисперсних ґрунтів - є протилежним. Можливо, це пов'язано із значною гідрофільністю суглинків та великим вмістом води в капілярах ґрунтів цього типу.

На рис.2 показано вплив температури на швидкість міграції бензину А-76. Як і у випадку дизельного палива, вирішальне значення має тип ґрунту, підвищення швидкості міграції при зростанні температури пов'язане із суттєвим зниженням в'язкості у дослідженому інтервалі температур. В інтервалі від 0 до -10єС проявляється вплив додаткового фактору - змерзання частинок ґрунту.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Вплив температури на проникаючу здатність бензину А-76: 1 - черепашник; 2 - пісок; 3 - супісок; 4 - суглинок лесовидний ; 5 - червоно-бурий суглинок

Суттєве значення, також, має тип ґрунту, так різниця між швидкістю міграції дизельного палива в черепашнику більша в порівнянні із червоно-бурим суглинком на 1,5-2 порядки.

При проведенні дослідів в польових умовах, окрім переміщення фронту нафтопродуктів по вертикалі, особливе значення має його розповсюдження в горизонтальній площині. При цьому в початковий період горизонтальне розповсюдження навіть переважає рух рідини по вертикалі, і лише через 1-2 години ситуація змінюється на протилежну. Показано співставлення результатів дослідів з ДП в лабораторних і польових умовах.

Для тонкодисперсних ґрунтів (суглинки) за рахунок неоднорідної та непорушеної структури різниця швидкостей міграції в лабораторних і польових умовах досить значна, в той час як для супіску і піску вона не перевищує 25-50%. Хоча може досягати значних величин, порядку 20-30 см/год. Одержані залежності описані відповідними емпіричними рівняннями.

У третьому розділі містяться дані по дослідженню поглинаючої здатності різних сорбентів по відношенню до дизельного палива і бензину.

При виборі сорбентів ми керувались міркуванням доступності і дешевизни поглинаючого матеріалу з урахування їх значних витрат для ліквідації масштабних транспортних аварій. Виходячи з цього, основна увага була зосереджена на відходах металургійної, коксохімічної, деревообробної, будівельної, енергетичної галузей промисловостей, а також деяких природних матеріалах.

Поглинаюча здатність матеріалів залежить від питомої поверхні сорбенту, в'язкості нафтопродуктів і механізму поглинання. Так, наприклад, у випадку дизельного палива, механізм поглинання заключається в обволіканні частинок сорбенту в'язкою рідиною і поступовому повільному заповненні пор і внутрішніх порожнин. Товщина плівки на поверхні частинок достатньо велика і, вірогідно, за цією причиною кількість поглинутого бензину менша у зрівнянні з дизельним паливом. В той же час, деякі високо поруваті або здатні до об'ємного поглинання матеріали можуть поглинути бензину значно більше, ніж дизельного палива - табл. 1.

Особливо звертають на себе увагу відходи деревообробних виробництв - стружки і тирса, для яких поглинаюча здатність по відношенню до бензину може перевищувати 200%.

Таблиця 1

Залежність поглинаючої здатності різних матеріалів від типу нафтопродуктів

Найменування сорбенту	W, %
	Бензин А-76	ДП
туф	1,200,10	22,71,4
шлак коксохімічний	2,700,10	31,02,2
шлак металургійний	2,100,30	16,51,2
пісок шламовий	0,860,06	16,21,1
пісок екіпірувальний	0,350,02	5,30,7
каолініт	13,20,50	23,61,3
газобетон	17,70,80	63,12,5
пінобетон	49,01,30	60,13,1
пемза	26,20,90	65,24,2
керамзит	27,11,10	18,20,9
зола ТЕС	12,20,60	17,00,9
стружка деревини	128,612,0	58,42,0
тирса	230,515,0	69,63,2
саманна крихта	7,200,70	13,21,0

Співставленні кінетики поглинання дизельного палива і бензину відходами деревини. Швидкості і ступені поглинання на аналогічних матеріалах у порівнянні з ДП. Можливо, у випадку бензину, розчинник проникає в масив матеріалу за рахунок розчинення смолистих речовин, що містяться в каналах деревини хвойних порід.

Порівняння кінетики поглинання дизельного палива і бензину відходами деревини хвойних порід: 1 - тирса по відношенню до ДП; 2 - стружка деревини по відношенню до ДП; 3 - тирса по відношенню до бензину; 4 - стружка деревини по відношенню до бензину.

Показово, що на тих же матеріалах нехвойних порід (акація), ступінь поглинання зменшується, хоча вона залишається ще достатньо високою (більше 150%).

У четвертому розділі описані досліди по визначенню теплот згоряння та зольності продуктів поглинання дизельного палива використаними сорбентами. Експерименти було поставлено калориметричним методом за стандартною методикою. В табл. 2 приведені теплоти згоряння і зольність сорбентів (Q_п.пр - поглинача і З_пр.), а також їх суміші з дизельним паливом, отриманні шляхом розрахунку (Q_{суміш.т} , З_т) і експериментів (Q_{суміш. пр}).

Для випадку зольності відхилення в розрахованих і експериментальних даних не перевищує 2% , що може бути пов'язаним як зі звичайними похибками експериментів, так і з неповним згорянням частини матеріалів. Наприклад: окремі компоненти сорбентів можуть частково оплавлятись, спікатись, в результаті чого вони капсулюються матеріалом сорбенту. У разі теплоти згоряння ця різниця складає 14%, можливо, що окрім неповного згоряння деякий вклад може вноситись затратами енергії на відокремлення молекул води, пов'язаної в порах сорбенту.

Таблиця 2

Розрахункові та експериментальні дані теплоти згоряння та зольності матеріалів насичених нафтопродуктами

Найменування сорбенту	W, %	Qп.пр., кДж\кг	Qсуміш.т., кДж\кг	Qсуміш. пр., кДж\кг	Зпр., %	Зт, %
керамзит	31,4	264±10	13370	11090±120	30,3	29,3
каолініт	8,5	-647±14	2920	2310±21	61,5	63,7
пінобетон	16,2	674±16	7370	6190±64	32,8	31,4
газобетон	19,6	791±13	8870	7450±89	31,5	30,2
пемза	65,3	1164±20	23870	23090±365	23,7	24,2
саманна крихта	9,1	8562±64	11610	10950±115	29,8	27,9
шлак металургійний	19,2	0,07±0,005	8060	6670±78	75,2	71,5
шлак коксохімічний	22,7	87,3±3	9600	7960±105	67,1	69,1
стружка деревини	36,1	9479±92	21200	18600±456	1,2	1,2
тирса	76,3	9240±88	34200	31000±802	0,7	0,7
пісок екіпірувальний	16,5	-0,18±0,04	6900	5730±66	82,7	78,6
пісок шламовий	26,4	16,4±0,8	11100	9190±82	63,9	60,6

Показані кореляції між теплотою згоряння і поглинаючою здатністю досліджених сорбентів по відношенню до ДП.

Для більшості випадків спостерігається задовільна, близька до лінійної кореляція, що свідчить про переважний внесок поглинутого нафтопродукту в теплоту згоряння. Виключенням є саманна крихта, стружка і тирса, для яких суттєвим являється вплив теплоти згоряння самого сорбенту.

В п'ятому розділі приведені результати квантово-хімічних розрахунків систем, що включають фрагменти поверхні гідратованих кремнеземів та глин і молекули вуглеводнів, що переважно входять до складу досліджених нафтопродуктів. Енергія Гіббса в процесі взаємодії фрагментів {Si₃O₂(OH)₂}_n та {Si₂AlO₂(OH)₂}_n з молекулами ундекану та ксилолу складають: у випадку ундекана 18ч21 кДж/моль, а для ксилолу -2 кДж/моль.

Одержані результати добре узгоджуються з характером розподілення електронної густини на атомах взаємодіючих часток і призводять до наявності ефекту атракції для випадку ундекану і навпаки, слабкої міжмолекулярної взаємодії - у випадку ксилола.

Для останнього взаємодія обумовлена, вірогідно, частковим перенесенням р-електронів ароматичного кільця на атоми водню з позитивними ефективними зарядами близько +0,25.

Аналогічні розрахунки, виконані нами для молекули ксилолу і фрагменту целюлози С₁₈Н₃₂О₁₆, також свідчать на користь вірогідної взаємодії р-електронів з атомами водню целюлози (ефективний заряд +0,18 ч +0,24), що узгоджується з високою поглинаючою здатністю деревини по відношенню до бензину.

У шостому розділі описані технологія і техніка для ліквідації аварій з нафтопродуктами на залізничному транспорті. При розробці технології нами враховані, як головні, наступні фактори:

· масштаби розливів та інших емісій нафтопродуктів, що потрапили у навколишнє середовище;

· рельєф місцевості, наявність ухилів;

· необхідність максимального збереження пропускної спроможності залізниці;

· наявність в зоні аварії об'єктів, які рухаються;

· загроза займання нафтопродуктів;

· наявність близько розташованих водоймищ;

· характер, склад і стан ґрунтів в зоні аварії;

наявність підземних водоносних горизонтів і криниць;

· метеорологічні умови на момент аварії.

Першим етапом ліквідації аварії - є локалізація місць розливу, після чого проводиться відкачка рідкої фази в спеціальні резервуари. Перекачка проводиться насосами з електричним або ручним приводом, а також з використанням двигунів внутрішнього згоряння, по трубах з гнучкими вставками, що дозволяє виконувати переміщення всмоктуючого пристрою з грубо фільтруючою насадкою по місцю розливу. Після відстоювання і фільтрації, нафтопродукти можуть бути використані для теплоенергетичних цілей, в будівництві шляхів і т.п. Третій етап ліквідації - засипка місць розливу з залишками нафтопродуктів поглинаючими матеріалами, при цьому ми рекомендуємо використання дешевих і доступних матеріалів природного походження або відходів промислових виробництв. Наприклад в регіонах з розвиненою чорною металургією і виробництвом будівельних матеріалів рекомендується використання відвальних шлаків і відходів пінобетону, золи теплових електростанцій, котельних тощо. Проведені дослідження показали, що оптимальними є наступні співвідношення сорбенту і нафтопродукту, які найбільш раціональні в аспекті витрат сорбенту і можливості подальшої утилізації - табл. 3.

Таблиця 3

Рекомендовані співвідношення вагових частин нафтопродукту і сорбенту під час ліквідації аварій

Найменування сорбенту	ДП	Бензин А-76
туф	1 : 4	1 : 60
шлак коксохімічний	1 : 3	1 : 32
шлак металургійний	1 : 6	1 : 42
пісок шламовий	1 : 6	1 : 90
пісок екіпірувальний	1 : 16	1 : 95
каолініт	1 : 4	1 : 7
газобетон	1 : 1,5	1 : 5
пінобетон	1 : 1,5	1 : 2
пемза	1 : 1,5	1 : 4
керамзит	1 : 6	1 : 4
зола ТЕС	1 : 6	1 : 8
стружка деревини	1 : 2	1 : 0,75
тирса	1 : 1,5	1 : 0,4
саманна крихта	1 : 7	1 : 13

Наступним етапом технології є збирання поглинаючого матеріалу, насиченого нафтопродуктом, зрізання забрудненого шару ґрунту і відправка одержаного матеріалу на утилізацію.

Заключними етапами технології можуть бути процедури обробки ґрунту нафтоперетворюючими бактеріальними препаратами а також висадка рослин - трави, кущів і т.і.

екологічний безпека транспортування нафтопродукт



ВИСНОВКИ

На основі системного аналізу небезпечних екологічних ситуацій, що виникають під час транспортних аварій, встановлені домінуючі чинники, що впливають на процеси міграції нафтопродуктів у найбільш поширених ґрунтах України, розташованих у зонах підвищеного аварійного ризику, а саме тип ґрунту і ступінь його ущільнення, в'язкість нафтопродукту, температура і вологість. Проведено лабораторні і польові виміри швидкостей проникнення дизельного палива марки Л і бензину А-76 крізь червоно-бурий і лесовидний суглинки, супісок, пісок і черепашник. Проведено вибір емпіричних рівнянь, що описують кінетику міграції.

Встановлено, що при природній вологості ґрунтів, зниження температури в інтервалі -5…+ 40?С призводить до зменшення швидкості проникнення, особливо значне для високодисперсних, ущільнених ґрунтів. Виявлено факт протилежного впливу вологості ґрунтів в інтервалі від 0 до 20% на міграцію дизельного палива і бензину.

Для ліквідації наслідків аварій з нафтопродуктами запропоновані відходи підприємств металургійної, енергетичної, будівельної і деревообробної промисловостей України, а також деякі природні матеріали. Досліджені кінетика поглинання і поглинаюча здатність цих матеріалів по відношенню до дизельного палива і бензину. Виявлені суттєві коливання W для різноманітних поглиначів, особливо у випадку низьков'язкого бензину в процесі поглинання якого фіксується значний внесок капілярного механізму. Показана особливо висока поглинаюча здатність тирси і стружок деревини хвойних порід стосовно бензину.

Вперше досліджена та систематизована дія ряду чинників - природи нафтопродукту і сорбенту, його дисперсності і вологості, а також температури на поглинаючу здатність. Якщо збільшення вологості перешкоджає протіканню процесу поглинання, то збільшення температури зменшує поглинаючу здатність усіх досліджених нами матеріалів, стосовно дизельного палива, і незначно збільшує поглинання бензину. Доказано, що явища, які спостерігаються, пов'язані з різноманітними механізмами процесів поглинання.

Проведено визначення теплоти згоряння Q і зольності З продуктів поглинання дизельного палива дослідженими сорбентами. Виконані розрахунки цих величин, виходячи з відповідних значень поглинаючої здатності сорбентів W. Висловлено припущення про часткове оплавлення матеріалів поглинаючих матеріалів у процесі спалювання. Виведено кореляційні рівняння, що дозволяють виконувати прогнозування теплотворної спроможності продуктів поглинання.

Вперше виконані квантово-хімічні розрахунки термодинамічних параметрів процесів міжмолекулярної взаємодії в системах, що включають молекули ундекану або ксилолу і фрагменти частково гідратованої поверхні силікатних матеріалів, а також фрагменти молекул целюлози, що складають основу волокон деревини. Висловлено гіпотези про наявність атракціонних ефектів у системах {Si₃O₂(OH)₂}_n або {Si₂AlO₂(OH)₂}_n - ундекан і частковий перенос р - електронної густини ароматичних кілець ксилола на електронно-дефіцитні атоми водню гідратованого кремнезему або молекул целюлози.

На основі отриманих результатів, запропонована технологія ліквідації екологічних наслідків транспортних аварій з нафтопродуктами, а також відповідна техніка для виконання технологічних і утилізаційних операцій. Технологія являє собою важливу складову частину створеня системи екологічної безпеки районів аварій, вона пройшла успішне випробування на Придніпровській залізниці і введена до складу "Рекомендацій Р003" Комісії з транспортної політики, екології і комбінованих перевезень Організації співдружності залізниць.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:

1. V. Plakhotnyk, J. Zelen'ko. Environmental consequences of transport accidents with oil products in Ukraine: problem of pollution of grounds and underground water sources. // Scientific Israel - Technological Advantages. - 2004. - vol.6, №1-2. - Р. 197-200.

Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н. Поглотительная способность материалов, используемых для ликвидации транспортных аварий с нефтепродуктами. // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2004. -№2. - С. 35-37.

Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н. Оценка возможности использования отходов нефтепродуктов, образующихся при авариях на железнодорожном транспорте. // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2003. - №6. - С. 67-69.

Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н. Кинетика миграции дизельного топлива через грунты во время технологических проливов и транспортных аварий. // Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна. - 2004. - №3. - С. 30-33.

Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н., Ярышкина Л.А. Влияние природы нефтепродукта на процессы их поглощения различными сорбентами. // Вопросы химии и химической технологии. - 2004. №5. - С. 204-207. Здобувачем проведено дослідження процесів поглинання різними сорбентами дизельного палива і бензину.

Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н. Изучение процессов проникновения тяжёлых нефтепродуктов через грунты при транспортных авариях с целью прогнозирования их экологических последствий. // Межрегиональные проблемы экологической безопасности: Сборник трудов симпозиума (17-20 сентября 2003 г.). - Сумы: Сумской национальный аграрный университет, - 2003. - С. 507-510.

Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н. Проблема ликвидации экологических последствий аварий с нефтепродуктами. // Труды II научно-практической конференции по безопасности движения. - Москва: МИИТ, - 2000. - С. IV-55.

Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н. Технология ликвидации экологических последствий транспортных аварий с тяжёлыми нефтепродуктами. // Экология. Человек. Общество: Материалы IV Международной научно-практической конференции, - Киев: КПИ, - 2001. - С. 127.

Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н. Использование индустриальных отходов Приднепровского региона для ликвидации экологических последствий аварий с нефтепродуктами. // Довкілля - XXI: Материалы конференции, Деп. 02.06.2003. в ГНТБ Украины. - Киев, Часть 2, С. 79-80.

Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н. Оценка риска загрязнения нефтепродуктами подземных водоносных горизонтов во время транспортных аварий. // Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон: Материалы международной научной конференции, РГГМУ, Санкт-Петербург: -2002. - С. 72.

Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н. Утилизация отходов нефтепродуктов, образующихся в результате транспортных аварий. // Экология. Человек. Общество: Материалы VI Международной научно-практической конференции, - Киев: КПИ, - 2003. - С. 130.

Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н. Проблема безопасной транспортировки нефтепродуктов в зоне промышленных регионов Украины. // Проблемы природопользования, устойчивого развития и техногенной безопасности регионов: Материалы 2 международной научно-практической конференции, Днепропетровск: Институт экологии и проблем природопользования, - 2003. - С. 290-291.

Зеленько Ю.В., Сорока Н.Е., Щербина С.А. Оценка последствий транспортных аварий с дизельным топливом в реальных условиях. // Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем: техніка, технологія, економіка і управління: Матеріали 1 Науково-практичної конференції, - Київ, Київський університет економіки і технологій транспорту, - 2003. - С. 192. Здобувачем проведено дослідження процесів міграції в польових умовах дизельного палива марки Л.

Зеленько Ю.В., Кочерга С.Я., Плахотник В.Н. Миграция легких нефтепродуктов в грунтах и процессы их поглощения сорбентами из отходов производств. // Экология. Человек. Общество: Материалы VII Международной научно-практической конференции, - Киев: КПИ, - 2004. - С. 116. Здобувачем проведено дослідження процесів міграції бензину А-76 та його поглинання різними відходами виробництв.

Зеленько Ю.В., Кочерга С.Я. Исследование миграции легких нефтепродуктов в грунтах на примере Приднепровского региона. // Экоинтеллект: Материалы 9 научно-практической конференции студентов и молодых ученых, -Днепропетровск: ДИИТ, 2004. - С. 107.

Патент України № 71761 А, МКИ Е02В15/10, В01J20/00. Спосіб збору нафти та нафтопродуктів з поверхні ґрунту. Зеленько Ю.В., Плахотник В.М. . - опубл. 15.12.2004. Бюл. №12.



АНОТАЦІЯ

Зеленько Ю.В. Ліквідація екологічних наслідків транспортних аварій з нафтопродуктами. - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - Екологічна безпека. Національний авіаційний університет, Київ, 2005.

В дисертаційній роботі проведені системні дослідження впливу домінуючих чинників на процеси міграції нафтопродуктів - дизельне паливо марки Л та бензин марки А-76 у найбільш поширених ґрунтах України (суглинки, супісок, черепашник, пісок) що мають місце під час транспортних аварій.

Кінетика міграції описана відповідними емпіричними рівняннями, що дозволяють прогнозувати глибину проникнення за відповідні інтервали часу. Показано, що в інтервалі від -5 до +40?С підвищення температури призводить до зростання швидкості проникнення нафтопродуктів, що особливо проявляється для високодисперсних ущільнених ґрунтів. Виявлено цікавий факт протилежного впливу вологості ґрунтів на міграцію дизельного палива і бензину, який пов'язаний з особливостями міжмолекулярної взаємодії поверхні гідратованих кремнеземів та глин з відповідними молекулами нафтопродуктів.

Запропоновано метод поглинання розливів нафтопродуктів шляхом використання сорбентів, що являють собою відходи підприємств металургійної, енергетичної, будівельної та деревообробної промисловостей України а також деякі природні матеріали. Відзначена висока поглинаюча здатність тирси і стружок деревини хвойних порід по відношенню до бензину, що добре узгоджується з квантово-хімічними розрахунками систем “ароматичний вуглеводень - молекули целюлози”. Сформульовані рекомендації щодо раціонального використання вивчених поглинаючих матеріалів.

Запропонований спосіб утилізації продуктів поглинання дизельного палива в печах, адаптованих для спалювання матеріалів в широкому інтервалі зольності та теплоти згоряння. Виведені кореляційні рівняння між теплотою згоряння і поглинаючою здатністю сорбентів.

Отримані результати лягли в основу технології ліквідації екологічних наслідків транспортних аварій з нафтопродуктами. Запропонована технологія пройшла успішне опробування на Придніпровській залізниці і введена до складу "Рекомендацій Р003" Комісії з транспортної політики, екології і комбінованих перевезень Організації співдружності залізниць.

Ключові слова: транспортні аварії, нафтопродукти, екологічні наслідки, сорбенти, міграція, ґрунти, утилізація.



АННОТАЦИЯ

Зеленько Ю.В. Ликвидация экологических последствий транспортных аварий с нефтепродуктами. - Рукопись

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - Экологическая безопасность. Национальный авиационный университет, Киев, 2005.

В диссертационной работе проведена разработка способов ликвидации экологических последствий транспортных аварий с нефтепродуктами на железнодорожном транспорте с использованием в качестве поглотителей отходов различных производств. Нефтепродукты являются одним из наиболее распространенных грузов, транспортируемых по железным дорогам. Как показывает статистика, транспортные аварии, сопровождающиесяся значительными разливами нефтепродуктов, встречаются достаточно часто и представляют серьезную угрозу для окружающей среды. Хотя нефтепродукты не относятся к веществам высокой токсичности, при их воздействии на грунты происходят существенные нарушения почвенных биоценозов, гибель микроорганизмов, блокировка водно-солевых обменов с корнями растений и т.п. Немаловажными являются также факты значительных потерь энергоносителей, что особенно актуально для Украины.

Проведены системные исследования влияния доминирующих факторов на процессы миграции нефтепродуктов - дизельного топлива марки Л и бензина марки А-76 в наиболее распространенных грунтах Украины (суглинки, супеси, ракушечник, песок), которые имеют место во время транспортных аварий.

Кинетика миграции описана соответствующими эмпирическими уравнениями, которые позволяют прогнозировать глубину проникновения за соответствующие интервалы времени. Показано, что в интервале от -5 до + 40°С повышение температуры приводит к росту скорости проникновения нефтепродуктов, которое особенно проявляется для высокодисперсных уплотненных грунтов. Выявлен факт противоположного влияния влажности грунтов на миграцию дизельного топлива и бензина, который связан с особенностями межмолекулярного взаимодействия поверхности гидратированных кремнеземов и глин с соответствующими молекулами нефтепродуктов.

Предложен метод поглощения разливов нефтепродуктов путем использования сорбентов, которые представляют собой отходы предприятий металлургической, энергетической, строительной и деревообрабатывающей промышленностей Украины а также некоторые естественные материалы. Существенные колебания поглотительной способности связаны с реализацией разных механизмов процессов. Отмечена высокая поглотительная способность опилок и стружек древесины хвойных пород по отношению к бензину, которая хорошо согласуется с квантово-химическими расчетами систем “ароматические углеводороды - молекулы целлюлозы”. Проведено систематическое изучение дисперсности, температуры и влажности сорбентов а также природы нефтепродукта на поглотительную способность. Сформулированы рекомендации относительно рационального использования изученных поглотительных материалов.

Предложен способ утилизации продуктов поглощения дизельного топлива в печах, адаптированных для сжигания материалов в широком интервале зольности и теплотворной способности. Выведены корреляционные уравнения между теплотой сгорания и поглотительной способностью сорбентов.

Полученные результаты легли в основу технологии ликвидации экологических последствий транспортных аварий с нефтепродуктами. Предложенная технология прошла успешное апробирование на Приднепровской железной дороге и введена в состав "Рекомендаций Р003" Комиссии по транспортной политике, экологии и комбинированным перевозкам Организации содружества железных дорог.

Ключевые слова: транспортные аварии, нефтепродукты, экологические последствия, сорбенты, миграция, грунты, утилизация.



SUMMARY

Zelen'ko Ju.V. Elimination of environmental aftermaths of transport accidents with petroleum products. - Manuscript.

The dissertation on competition of an academic degree of the candidate of engineering sciences in a speciality 21.06.01 - Ecological safety. National University of Aviation Engineering, Kyiv, 2005.

The dissertation work is devoted to the system research of dominant factors affecting the processes of migration of petroleum products, namely the L grade diesel fuel and the A-76 grade gasoline, in most widespread soils of Ukraine (sandy loams, sandy soils, shell rocks, sands) taking place during transport accidents.

The kinetics of migration is described by the relevant empirical equations, which allow predicting the depth of penetration for the corresponding time intervals.

A method of absorption of petroleum product spills is offered with the use of sorbents, which are waste materials at plants of the metallurgical, power, civil engineering and woodworking industries of Ukraine as well as some natural materials. The regular studies of influence of dispersion, temperature and moisture content of the sorbents and also the nature of a petroleum product on the absorption ability have been conducted. The recommendations on rational use of the absorption materials explored have been formulated.

A method of salvaging the products of diesel fuel absorption for furnaces adapted for combustion of materials within wide ranges of ash content and heating value is offered. The correlation equations between heating value and absorption ability of the sorbents are derived.

The results obtained have provided the basis of technology for elimination of environmental aftermaths of transport accidents with petroleum products. The offered technology has passed the successful tests at Prydniprovs'ka Railways and has become a part of the “Recommendations R003” of the Commission on Transport Policy, Ecology and Combined Transportation of the Organization for Railways Cooperation.

Key words: transport accidents, petroleum products, environmental aftermaths, sorbents, migration in soils, salvaging.

Размещено на Allbest.ru