План

Введение ……………………………………………………………… 2-3

Глава 1.Нефть………………………………………………………… 3-6

Происхождение нефти ………………………………………………. 3

Состав нефти …………………………………………………………. 4

Способы добычи……………………………………………………... 4

Области применения нефти и нефтепродуктов…………………….. 5

Выводы по первой главе…………………………………………….. 6

Глава 2. Нефтяные загрязнения и их последствия………………… 6-9

Крупнейшие нефтяные аварии.……………………………………… 6-7

Экологические последствия нефтяных катастроф…………………. 7-8

Методы борьбы с нефтяными загрязнениями ……………………. 8-9

Выводы по второй главе….…………………………………………. 9

Глава 3. Экспериментальные данные………………………………. 9-13

Эффективность использования СМС для удаления нефтяных

загрязнений ………………………………………………………….. 10-12

Выводы по третьей главе……………………………………………. 13

Заключение……………………………………………………………. 13

Литература…………………………………………………………..…. 14

Приложение……………………………………………………………. 15-20

1

Введение

Нефть (аккадское «напатум» — вспыхивать, воспламеняться) — природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из смеси углеводородов и органических соединений. По цвету, нефть бывает красно-коричневого, почти чёрного цвета, встречается слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и бесцветная нефть; имеет специфический запах; распространена в осадочных породах Земли. На сегодня это один из важнейших полезных ископаемых.

Однако нефть является и опаснейшим источником загрязнения природной среды. В крупных городах до половины от общего загрязнения атмосферного воздуха – вклад автотранспорта (большинство из которого работает на бензине, а это фракция нефти). Кроме того, в последнее время наблюдается увеличение числа катастроф и аварий, связанных с разливом нефти. И как следствие возрастание величины экологического ущерба, в частности, пострадавших морских животных. Меры ликвидации должны включать не только непосредственно сам сбор нефти с поверхности воды, но и помощь попавшим в нефтяное пятно животным, чем занимаются одни только волонтёры. Таким образом, можно говорить об отсутствии должного внимания средствам нейтрализации последствий нефтяных аварий относительно живых организмов. Такими средствами могли бы стать химические методы очистки. Это и будет позиционировано проблемой исследования.

Цель исследовательской работы – нахождение путей решения проблемы ликвидации нефтяных загрязнений безопасных для водных животных.

Объект исследования – нефтяное пятно.

Предметом исследования являются химические способы очистки нефтяных загрязнений.

В своей работе я бы хотела рассказать об опасности безответственного отношения к окружающей нас среде, привлечь внимание к проблемам нефтяных загрязнений. Для этого нужно подробно изучить предмет исследования, отсюда вытекают задачи проекта:

1. Изучить происхождение и состав нефти.2. Узнать об основных способах добычи нефти.3. Выявить области применения нефти и нефтепродуктов.

2

4. Изучить причины крупнейших нефтяных аварий и их экологические последствия.

5. Изучить методы борьбы с нефтяными загрязнениями.

6. Определить экспериментальным путем возможность использования химических препаратов (или продуктов химической промышленности) для удаления нефтяных пятен.

Теоретическая значимость результатов работы заключается во вкладе в теорию использования химических методов для борьбы с негативными последствиями нефтяных загрязнений.

Научная новизна заключается в поиске простых и дешёвых химических средств для борьбы с нефтяными загрязнениями.

Практическая ценность заключается в возможности использования результатов исследования на практике, например, для удаления нефтяного загрязнения с поверхности тела животных.

Глава 1. Нефть

Происхождение нефти

Современная теория происхождения нефти говорит об её осадочно-миграционном происхождении. Она базируется на гипотезе 1904-1905 годов, высказанной немецким ботаником Г. Потонье, которую развивали русские и советские учёные - Н. И. Андрусов, В. И. Вернадский, И. М. Губкин, Н. Д. Зелинский[4].

Нефтеобразование занимает обычно 50-350 млн. лет. Наиболее благоприятными для этого процесса являются участки земной коры на границах областей опускания и поднятия. Сильный размыв суши в этих областях содействовал быстрому накоплению осадков, то есть опусканию органического материала во всё более глубокие зоны земной коры. Это опускание сопровождалось подъёмом температуры и ростом давления, содействовавшим процессам нефте- и газообразования, чему способствовала и деятельность погребённых анаэробных бактерий.

В передовых прогибах горных хребтов создавались благоприятные условия для образования нефти, где растительные и животные остатки (в основном

3

планктон), смешиваясь с неорганическими веществами, послужили началом образования пород, давших впоследствии нефть.

Состав нефти

Нефть представляет собой смесь около 1000 веществ, большая часть которых — жидкие углеводороды (более 500 веществ или 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 %), сернистые вещества (около 250), азотистые (более 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ). А также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли, растворы солей органических кислот, механические примеси (частицы глины, песка, известняка)[3].

По углеродному составу в нефти в основном представлены парафиновые соединения(30—35% по объёму) и нафтеновые (25—75 %). В меньшей степени — соединения ароматического ряда (10—20%) и смешанного, или гибридного, строения (например, парафинонафтеновые, нафтеноароматические).

Способы добычи

В ходе раскопок на берегу реки Евфрат установлено существование нефтяного промысла за 6000—4000 лет до н. э. В то время её применяли в качестве топлива. Близкий к современным методам способ добычи нефти с помощью буровых скважин вместо колодцев возник в 19 веке. Сегодня нефтедобыча — сложный производственный процесс. Сначала проводят геологическую разведку местности на предмет нефтяного месторождения, затем бурят скважины и оборудуют их. Добытая нефть проходит процессы очистки от примесей.

Можно выделить следующие основные методы нефтедобычи[1]:

Фонтан (выход вещества осуществляется за счет разности давлений). Газлифт. Установка электроцентробежного насоса (УЭЦН). Установка электровинтового насоса (УЭВН). ШГН (добыча с помощью штангового насоса).

4

Области применения нефти и нефтепродуктов

Сырая нефть непосредственно практически не применяется. Для получения из неё технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности, её подвергают переработке. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе: доля её в общем потреблении энергоресурсов составляет 48 %[3]. В перспективе эта доля будет уменьшаться вследствие возрастания применения атомной и иных видов энергии, а также увеличения стоимости и уменьшения добычи.

В связи с быстрым развитием в мире химической и нефтехимической промышленности, потребность в нефти увеличивается не только с целью повышения выработки топлив и масел, но и как источника ценного сырья для производства синтетических каучуков и волокон, пластмасс, моющих средств, пластификаторов, красителей, растворителей. Широко применяются получаемые из нефти парафиновые углеводороды — метан, этан, пропан, бутаны, пентаны, гексаны; нафтеновые соединения; ароматические углеводороды — бензол, толуол, этилбензол; олефиновые и диолефиновые — этилен, пропилен, бутадиен; ацетилен.

Схема 1. Области применения нефти и нефтепродуктов

5

Выводы первой главы

1. Современная теория происхождения нефти говорит об её осадочно-миграционном происхождении.

2. Нефть представляет собой смесь около 1000 веществ.3. Нефтедобыча — сложный производственный процесс. Сначала

проводят геологическую разведку местности на предмет нефтяного месторождения, затем бурят скважины и оборудуют их. Добытая нефть проходит процессы очистки от примесей.

4. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе.

5. Нефть является ценным сырьём для производства многих органических продуктов.

Глава 2. Нефтяные загрязнения и их последствия

Крупнейшие нефтяные аварии

28 января 1969г. - из нефтяной платформы в канале Санта-Барбара (шт. Калифорния, США), произошёл выброс нефти. За 11 дней в море вылилось около миллиона литров нефти. Платформа продолжала протекать в течение нескольких лет.В январе 1976 г. в залив Бантри по вине компании «Галф ойл» из танкера «Афран зодиак» водоизмещением 210 тыс. т вылилось 450 т нефти. Под ее слоем оказалась вся северная часть залива, под угрозой было побережье на протяжении 35 км.

В феврале 1976 г. на танкере «Сан-Петер», совершавшем под либерийским флагом плавание из Перу в Колумбию с 33 тыс. т нефти на борту, вспыхнул пожар и судно затонуло у побережья Колумбии, выпустив в море нефть. Бедствие охватило прибрежную полосу протяженностью около 30 км. Правительство страны вынуждено было обратиться к различным странам мира с просьбой оказать помощь в ликвидации последствий катастрофы.

3 июня 1979г. - авария на нефтяной платформе "Иксток-1" на юге Мексиканского залива, произошёл выброс в море 600 тыс. тонн нефти.

6

Мексиканский залив в течение нескольких лет был зоной экологического бедствия.

24 января 1991г. - Ирак начал сливать сырую нефть из кувейтских нефтяных скважин в море. Персидский залив стал зоной экологического бедствия.

С февраля по октябрь 1994 г. вследствие разрыва трубопровода тысячи тонн сырой нефти вылились на пространства арктической тундры в Республике Коми. По оценкам, количество вылившейся нефти колеблется между 60 000 и 280 000 тонн. В результате катастрофы нефтяная пленка покрыла участок длиной 18 км.

Одной из крупнейших техногенных катастроф в мировой истории по негативному влиянию на экологическую обстановку стал взрыв нефтяной платформы «Глубоководный горизонт» компании BP. Эта авария произошла 20 апреля 2010 года в 80 километрах от побережья штата Луизиана в Мексиканском заливе. Нефтяная платформа «Deepwater Horizon» затонула 22 апреля после 36-часового пожара, последовавшего вслед за мощным взрывом. Ученые предполагают, что причиной взрыва мог послужить пузырь метана, поднявшийся из скважины. Кроме того, компания "Трансоушн", владеющая буровой установкой, не провела необходимых испытаний на большой глубине. Незадолго перед этим была проведена проверка герметичности скважины, во время которой было израсходовано в 3 раза больше бурового раствора, чем предполагалось. В Мексиканском заливе в воду выливалось около 700 тонн нефти в сутки. И только после нескольких неудачных попыток остановить катастрофу, 19 сентября представителем правительства США было сообщено, что поврежденная подводная скважина была перекрыта навсегда. Утечка нефти составила 4,9 миллиона баррелей или свыше половины кубического километра. Образовалось нефтяное пятно окружностью 965 км, оно создало угрозу пляжам и районам рыболовного промысла, которые играют важнейшую роль в экономике прибрежных штатов[2].

Экологические последствия нефтяных катастроф

От 2 до 4% водной поверхности Тихого и Атлантического океанов постоянно покрыто нефтяной пленкой[4]. Доказано, что очень опасно длительное постоянное воздействие даже небольших концентраций нефти. Все компоненты нефти - токсичны для морских организмов.

7

В море с течением времени из нефтяного пятна образуются комочки мазута. К плавающим комочкам прикрепляются разные мелкие животные, которыми питаются рыбы и киты. А вместе с ними они заглатывают и нефть. Одни рыбы от этого гибнут, другие насквозь пропитываются нефтью и становятся непригодны для употребления в пищу из-за неприятного запаха и вкуса.

Нефть влияет на структуру экосистемы морских животных. При нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и уменьшается их разнообразие. Хорошо развиваются микроорганизмы, питающиеся нефтяными углеводородами, но ядовитые для многих морских животных.

Поверхностные нефтяные пленки нарушают процессы растворения и выделения кислорода, углекислого газа, газообмена между атмосферой и океаном, теплообмена, меняется отражательная способность (альбедо) морской воды[4].

Углеводороды нефти способны растворять в себе ряд других загрязняющих веществ, например, пестициды, тяжелые металлы, которые вместе с нефтью концентрируются в верхнем слое воды. Ароматическая фракция нефти содержит вещества мутагенной и канцерогенной природы, например бензапирен. Сейчас получены многочисленные доказательства наличия мутагенных эффектов загрязненной морской среды. Бензапирен активно циркулирует по морским пищевым цепочкам и попадает в пищу людей.

Методы борьбы с нефтяными загрязнениями

Современные экологические меры в России не способны адекватно противостоять или хотя бы сдерживать разрушающее антропогенное влияние на окружающую среду. Не говоря уже в целом о здоровой экологической обстановке в стране, власти не могут обеспечить минимальную экобезопасность гражданам.

Прежде всего, следует сказать об отсутствии контроля нарушения законодательства в природоохранной сфере. Отсутствие инвестиций приводит к отсутствию интереса заниматься экологической обстановкой. Поэтому здесь нужна колоссальная работа с населением, для того, чтобы каждый гражданин осознавал своё самое непосредственное участие в формировании проблемы. Нужно также развивать новые способы борьбы с загрязнениями окружающей среды, например, утилизации нефтяных отходов

Большинство методов утилизации является физико-химическими, биологическими:

8

поглощение нефти (нефтяные пятна обрабатывают полиуретаном, который способен поглощать нефть массой в 18 раз больше его собственной);

затопление нефти (если нефтяное пятно покрыть мелом или гипсом, то оно тонет и идет ко дну);

использование буев (сначала пятно окружают буями, а затем нефть откачивают оттуда в специальные контейнеры);

комплексный метод с применением углеводородокисляющих бактерий;

механический способ (на поверхности пятна разбрызгивают расплавленный парафин, который при затвердевании захватывает нефть. Полученную твёрдую массу собирают механическим путём).

Но сбор нефти с поверхности – лишь малая толика всей разлившейся нефти. Традиционные способы не могут справиться с подводными скоплениями нефти. Также ситуацию осложняют условия работы: на глубине в полной темноте и среди подводных течений.

Выводы второй главы

1. Человечество уничтожило уже 70% всех естественных экосистем.2. Последствия нефтяных катастроф очень опасны для живых существ,

оказавшихся в зоне поражения.3. Большинство методов утилизации является физико-химическими,

биологическими.4. Необходимо развивать новые методы очистки от нефтяных пятен, в

том числе химические.

Глава 3. Экспериментальные данные

В настоящее время на планете сложилась такая ситуация, когда исчезают многие виды животных, рыб, птиц и других обитателей нашей планеты по вине человеческой деятельности. Одна из причин гибели животных это разлив нефти. Ж. Кусто писал: «Море стало сточной ямой, куда стекаются все загрязняющие вещества, выносимые отравленными реками; все загрязняющие вещества, которые сбрасывают такие отравители, как танкеры. Поэтому не следует, удивляется, если мало-помалу из этой сточной ямы уходит жизнь» [5]. Известно огромное число методик удаления нефтяных загрязнений с поверхности воды, мы же остановимся лишь на химических

9

методах удаления нефтяных пятен, т.к. считаем их наиболее значимыми, дешёвыми и безопасными.

Эффективность использования СМСдля удаления нефтяных загрязнений

Синтетические моющие средства (CMC, детергенты) - многокомпонентные композиции, применяемые в водных растворах для интенсификации удаления загрязнений с различных поверхностей[6]. В более узком смысле под синтетическими моющими средствами обычно понимают бытовые средства для стирки белья и одежды, которые и будут использованы в эксперименте.В состав детергентов могут входить поверхностно-активные вещества (ПАВ), то есть вещества, уменьшающие поверхностное натяжение воды и способствующие тем самым проникновению воды в поры и между волокнами.Таблица 1. Эффективность использования СМС для понижения поверхностного натяжения

Марка СМС σ(нефть) σ(вода+СМС+нефть)

№1 «Mr. PROTER» 21, 57∙103 24, 94∙103

№2 «Аистенок» 21, 57∙103 59,49∙103

№3 «Аист (автомат)» 21, 57∙103 84, 27∙103

№4 «Tide automat-FAIRY effect»

21, 57∙103 77, 84∙103

№5 «BIMAX(автомат)» 21, 57∙103 36, 16∙103

№6 «Миф - морозная свежесть (автомат)»

21, 57∙103 43, 54∙103

№7 «Persil» (автомат) 21, 57∙103 7, 9∙103

№8 «Бос+» 21, 57∙103 10, 08∙103

№9 «Апрель super granule» 21, 57∙103 10, 29∙103

№10 Мыло 21, 57∙103 52, 25∙103

№11 «Сода» 21, 57∙103 66,13∙103

10

Проанализировав таблицу 1, выявили марки СМС, которые понижают значение величины поверхностного натяжения, то есть являются поверхностно – активными по отношению к нефти: №7 «Persil power pearls (автомат)», №8 «Бос+», №9 «Апрель super granule». Таким образом, выдвигаем гипотезу об эффективности СМС под номерами 7, 8 и 9 для очистки поверхности от нефтяных пятен и низкой результативности использования остальных моющих средств, представленных в таблице.

Далее мы решили провести эксперимент, целью которого было установить зависимость между изменением величины поверхностного натяжения при добавлении СМС и «лёгкостью снятия» пятна с поверхности пера и шкуры.

Для опыта решено было взять СМС №7 стоимостью 56 рублей в качестве действенного средства и хозяйственное мыло (цена 10 рублей), как одно из наиболее доступных моющих средств, для сравнения результатов и подтверждения гипотезы.

Теперь мы моделируем ситуацию розлива нефти и попадание в нефтяное загрязнение птицы и мехового животного (перо, мех). Так взяли большую ёмкость, имитирующую водоём, и налили воды. После этого прилили

некоторое количество сырой нефти. Нефть разлилась по поверхности воды тонкой пленкой. Взяв шкурку, мы обмакнули ее в нефтяное пятно, представив себе зверя, попавшего в беду. Затем мы начали очищать шкурку растворами CMC, повторяя свои действия отдельной для каждой марки CMC и чистой шкурки. А по-том мы перешли к перьям и проделали те же операции, что и со шкурами.

Наблюдения занесли в таблицу, используя следующую «легенду»: качество стирки: ■■■ - плохо; ■■ - средне; ■- хорошо.

Таблица 2. Эффективность СМС в снятии нефтяного пятна с перьевой и меховой поверхности

Марки CMC

Качество очистки

меха

Качество очистки

пера

НаблюденияМех Перо

«Persil»(автомат)

■ ■ Раствор порошка очень эффективно справился с загрязнением: нефть была быстро смыта с

Моющее средство быстро и эффективно удалило нефть с пера, не изменяя

11

поверхности шкурки. Мех не потерял своих свойств после высыхания.

ее качеств.

«Сода» ■■■ ■■■ Нефть осталась на шкурке, высохнув, мех испортился (облез).

Нефть почти не удалена с пера.

«Мыло» ■■ ■ На порядок хуже справилось с загрязнением по сравнению с «Persil». Нефть полностью не смыта с меха.После высушивания шкурка стала жесткой.

Перо полностью не очищено от нефти, значительное количество её осталось на поверхности пера.

Внимание! В ходе эксперимента ни одно животное не пострадало. Использованы кусочек старой норковой шубы и выпавшее куриное перо.

Выводы по третьей главе.

1. В составе некоторых моющих средств есть поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые, уменьшая поверхностное натяжение воды, способствуют проникновению воды в поры и между волокнами, вымывая тем самым загрязнения.

2. С помощью расчетной таблицы были выявлены СМС с поверхностным натяжением меньше, чем у нефти, то есть поверхностно-активные по отношению к ней.

3. Гипотеза о различной эффективности СМС при очистке меха и пера, выдвинутая на основе табличных данных, подтверждена. СМС №7 «Persil power pearls (автомат)» хорошо удаляет нефть с меха и пера, не повреждая их. Хозяйственное мыло хуже справилось с задачей, оставив значительное количество нефти на образцах.

12

Заключение.

Я считаю, проект достиг своей цели: с помощью фактов из истории, рассуждений о современном состоянии дел теоретическая часть доказала необходимость обратить внимание на поиски других средств для борьбы с нефтяными загрязнениями, в том числе и химических. Практическая часть – анализ величины поверхностного натяжения и эксперимент – показала возможность эффективного использования некоторых СМС для удаления нефтяного загрязнения с меха и пера. Главным достижением исследовательской работы является привлечение внимания к экологической проблеме и демонстрация того, что справится с нефтяным пятном на животном можно таким простым, дешёвым и доступным способом, как стиральный порошок. Признаюсь, такая эффективность обычного порошка при решении столь серьёзной проблемы, грозящей смертью животного, стала для меня неожиданностью. Человек с помощью порошка, которая стоит всего 56 рублей, может спасти жизнь живому существу. Значит, в наших руках не только наша собственная, но и тысячи других жизней, в наших руках целый голубой бриллиант по имени Земля.

Литература.

13

1. Воронцов В.Н. Открытые горные выработки в подготовительных работах при обустройстве нефтегазовых месторождений Среднего Приобья. Сургут, 1999.

2. Дуглас У., Трёхсотлетняя война: Хроника экологических бедствий. – М.: «Олма – Пресс», 2001.

3. Интернет-энциклопедия «Википедия». Ссылка:http://ru.wikipedia.org/wiki/Заглавная_страница

4. Карцев А. А., Вагин С. Б. «Вода и нефть» Москва «Недра» 1977г.5. «Портфолио» Ссылка: http://portfolio.1september.ru/6. «Химик – сайт о химии». Ссылка: http://www.xumuk.ru/

Приложение.

14

Наливаем нефть в ёмкость с водой – имитируем нефтяную аварию.

Нефть растеклась тонкой плёнкой по поверхности воды.

Приготавливаем перо…

…и шкурку.

Нарезаем мыльную стружку

для раствора.

15

Взбалтываем колбу с мыльной стружкой до образования пены.

Насыпаем порошок в колбу.

Потрясем колбу, взбивая пену.

Вот, что у нас получилось.

Обмакиваем шкурку в воду с нефтью.

В результате шерстинки слиплись, покрылись маслянистой плёнкой.

Более крупным планом.

16

Перо, покрытое слоем нефти.

Отмываем мех в растворе порошка.

Шерсть легко отмылась и стала чистой.

Моем перо в порошке.

Порошок хорошо отмыл и перо.

Результат налицо: перо чистое, не потеряло прежних качеств.

Отмываем другую шкурку от нефти в мыльном растворе.

17

Нефть сохранилась на поверхности меха.

Вывод: мыло плохо справилось с загрязнением.

Будем очищать с помощью мыла другое загрязнённое перо.

Этот образец выглядит хуже предыдущего пера.

Сода хоть и

является универсальным чистящим и моющим средством со времён наших бабушек, но с задачей не справилась:нефть осталась на шкурке и почти не удалена с пера

18

Итог: СМС «Persil» лучше очищает мех и перо от нефтяного загрязнения, чем хозяйственное мыло и сода.

19