Локализация нефтяных пятен

ЛОКАЛИЗАЦИЯ НЕФТЯНЫХ ПЯТЕН

Выполнили учащиеся 7А класса:        

Холявченко Евгений

Носов Михаил        

Научный руководитель:

Содержание

№ п/п	Стр.
1.	Введение. Актуальность, цель и практическая ценность работы.	3
2.	План и методы работы        .	3
3.	История нефти.	4
4.	Причины и последствия разливов нефти.	5
4.1. Причины разлива нефти.	5
4.2. Последствия разливов нефти.	6
5.	Методы ЛАРН.	7
6.	Современные разработки.	10
6.1. «SEASWARM»	10
6.2. «Bio - Cleaner»	12
7.	Разработка.  «Робот  - локализатор».	13
8.	Выводы.	14
Источники информации.	15

ВВЕДЕНИЕ.

Аварийные разливы нефти на объектах нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а также при их транспортировке наносят ощутимый вред экосистемам, приводят к негативным экономическим и социальным последствиям. Несмотря на то, что в последнее время проводится политика предупреждения и ликвидации последствий аварийных разливов нефти, данная проблема остается актуальной.

Цель работы: Улучшение экологической ситуации, содействие в локализации нефтяных пятен, ресурсосбережение.

Практическая ценность работы состоит в разработке робота, для локализации аварийных разливов нефти, при ее транспортировке водными видами транспорта.

2. ПЛАН И МЕТОДЫ РАБОТЫ.

Для достижения поставленной цели мы составили план работы и определили методы выполнения.

Изучение истории появления нефти в нашей  жизни.

Поиск информации по проблеме разливов нефти и ее анализ.

Изучение влияния нефтяных разливов

  на экологическую ситуацию региона.

Разработка принципа локализации

  нефтяных разливов.

Создание робота - локализатора. Проработка возможности освещения данной проблемы в классах школы № 000.

3. ИСТОРИЯ НЕФТИ.

Нефть известна человеку с древнейших времен. Современное название происходит от слова “нафата”, что на языке народов Малой Азии означает “просачиваться”.

Образующийся на выступающей, на поверхности земли нефти смолообразный битум использовали, как вяжущий строительный материал, а так же для лекарственных целей (лечили чесотку, нарывы, боль в ушах и суставах). Римляне, древние греки и китайцы использовали нефть для военных целей.

Упоминания о нефти мы находим в различных древних рукописях и книгах дошедших до нас. Греческий историк и философ Плутарх рассказывает об источниках нефти на реке Амударье. В конце XVIII века в районе Баку было уже известно довольно много нефтяных колодцев. Нефть, добываемую из колодцев, сливали в ямы, обложенные камнем (“амбары”). Перевозили нефть на верблюдах или арбах в кожаных мешках - бурдюках в различные районы - в Шемаху, Гиляни даже в Западную Европу. Первые попытки бурить были предприняты еще за 2000 лет до нашей эры в Китае в провинции Сычуань. Там применялось ручное бурение бамбуковыми штангами для добычи рассола. Подобного рода работы в XVI веке проводились и в Древней Руси в районах Солигалича, Нижнего Новгорода, Старой Руссы и других местах. Большую известность получил прототип нефтеперегонного завода, построенный братьями Дубиниными в 1823 году. Этот кустарный завод был построен для получения из сырой нефти осветительных масел. Почти на 80 лет раньше Федором Прядуновым был построен подобный завод на Ухте. Уже к середине XIX века относятся пробные попытки вскрытия нефтяных пластов с помощью нефтяных скважин. Бурение на воду при помощи железных штанг широко применялось в России, начиная с XVIII века. Сейчас к поиску и добычи нефти подключена наука - геология нефти, что значительно ускоряет все процессы поиска и ее добычи. Огромное количество вещей, которые окружают нас сегодня, изготовлено из нефти.

4. ПРИЧИНЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ РАЗЛИВОВ НЕФТИ.

Разлив нефти – попадание этого вещества в окружающую среду из-за деятельности человека. Причиной может быть выброс нефтепродуктов или аварии на ряде объектов: танкерах; нефтяных платформах; скважинах; буровых установках. Последствия разлива губительны для окружающей среды, а их ликвидация может занять как несколько месяцев, так и много лет. Случаются выходы черного вещества и естественным путем – из разломов на дне морей и океанов. Однако из них нефть просачивается постепенно, небольшими объемами. Экосистема успевает адаптироваться к подобным явлениям.

4.1. ПРИЧИНЫ РАЗЛИВА НЕФТИ.

Аварийные разливы нефти часто случаются из-за использования для ее транспортировки танкеров. Одной из крупнейших таких катастроф была авария на судне «Эксон Вальдез», произошедшая в 1989 году у берегов Аляски, в результате которой вылилось огромное количество нефти (двести шестьдесят тысяч баррелей). На ликвидацию аварии было потрачено множество миллионов долларов. Спустя восемнадцать лет эту территорию обследовали и выявили более двадцати галлонов черного топлива в песке. Из-за этого вдоль береговой линии все еще не восстановилась экосистема. По подсчетам ученых, остатки излитой нефти исчезают со скоростью четыре процента в год от оставшейся общей массы. То есть для восстановления пострадавшего района потребуется не один десяток лет. Не менее опасны аварии на морских платформах. С них производится бурение скважин, из которых качают нефть, разлив которой становится для экосистемы морского шельфа катастрофичным. Самой крупной техногенной катастрофой на море считается разлив 2010 года. На платформе «Дипуотер Хорайзон» произошел взрыв. Количество вытекшей в Мексиканский залив нефти подсчитать не удалось. Однако, по некоторым данным, вытекло пять миллионов баррелей жидкого топлива. Смертоносное пятно покрыло площадь в семьдесят пять тысяч километров квадратных.

4.2. ПОСЛЕДСТВИЯ РАЗЛИВА НЕФТИ.

Чем же опасна нефть? Разлив этого вполне натурального вещества приводит к уничтожению всего живого на поверхности земли. Наиболее опасна нефть (разлив неизбежен из-за деятельности человека) для водоемов. Она легче воды, поэтому растекается в виде тонкой пленки, занимая огромные площади. Это приводит к гибели растительности. Районы, пораженные нефтью, становятся непригодными для существования живых организмов. Частицы нефти могут смешиваться с водой и проникать на глубину водоемов. Это приводит к гибели многих морских организмов. Наносимый вред касается всех живых организмов, поскольку гибнут птицы, рыбы, млекопитающие. Восстановление экосистемы происходит очень медленно.

5. МЕТОДЫ ЛАРН.

Ликвидация разливов нефти из-за аварий в сокращенном варианте принято называть ЛАРН. Это целый комплекс мероприятий. Они направлены на то, чтобы удалить с поверхности почвы и воды пятна и стоки нефтепродуктов.

Разливы нефти и нефтепродуктов удаляются четырьмя основными методами:

Механический. Сбор при помощи специализированной техники. Одним из главных методов ликвидации разлива нефти. Наибольшая эффективность его достигается в первые часы после разлива. Это связано с тем, что толщина слоя нефти остается еще достаточной. К достоинствам данного метода можно отнести высокую эффективность при проведении работ, всесезонную возможность использования данного метода. Тем не менее, в местах механического сбора на поверхности воды всё равно остаётся тонкая плёнка. Осуществляется механический метод путём применения судов-нефтесборщиков или скиммеров. Суда-нефтесборщики - самоходные суда, осуществляющие самостоятельный сбор нефти в акватории. Скиммеры - нефтесборные устройства, предназначены для сбора нефти непосредственно с поверхности воды. Существует огромное количество разновидностей.

Термический (выжигание). Применяется непосредственно после загрязнения при следующих условиях: толщине плёнки более 3мм, скорости ветра менее 35 км/ч, безопасном расстоянии до 10 км от места сжигания по направлению ветра. К достоинствам метода относят быстроту ликвидации аварийного разлива, применение при ликвидации малого количества технических средств и минимальные затраты. Однако, в результате применения термического метода должны быть осуществлены дополнительные меры пожарной безопасности. Негативным последствием применения метода является то, что из-за неполного сгорания образуются стойкие канцерогенные вещества. Для ограничения распространения пламени, применяют огнеупорные боновые заграждения.

Физико-химический. Использование диспергентов, сорбентов, которые поглощают и удерживают внутри себя нефть. Эффективен в тех случаях, когда механический сбор невозможен, например при малой толщине пленки или когда разлившиеся нефтепродукты представляют реальную угрозу наиболее экологически уязвимым районам. Диспергенты - специальные химические вещества и применяются для активизации естественного рассеивания нефти с целью облегчить ее удаление с поверхности воды. К недостаткам диспергентов относятся токсичность и ограниченность применения по температуре. Диспергенты применяются в жёстких условиях, когда механический сбор затруднён или невозможен:

глубине свыше 10 метров, температуре воды ниже 5 °C температуре наружного воздуха ниже 10 °C.

Сорбенты - различные порошкообразные, тканевые или боновые сорбирующих материалов. Сорбенты при взаимодействии с водной поверхностью начинают немедленно впитывать ННП, максимальное насыщение достигается в период первых десяти секунд (если нефтепродукты имеют среднюю плотность), после чего образуются комья материала, насыщенного нефтью. К достоинствам сорбентов относятся независимость применения от внешних условий и минимальные расходы на хранение и транспортировку.

Биологический. Работа бактерий и грибков с целью поглощения остатков нефти. Биологический метод используется после применения механического и физико-химического методов при толщине пленки не менее 0,1 мм. В основе биологического метода лежит понятие биоремедитации - это технология очистки нефтезагрязненной почвы и воды, с использованием специальных, углеводородоокисляющих микроорганизмов или биохимических препаратов: бактерии, в основном представители рода Pseudomonas; определенные виды грибков и дрожжей. В большинстве случаев все эти микроорганизмы являются жесткими аэробами.

Существуют два основных подхода в очистке загрязненных территорий с помощью биоремедитации:

стимуляция природных «диких» микроорганизмов; использование специально отобранных микроорганизмов.

Наиболее эффективно разложение происходит при температуре воды 15-25 °С и достаточной насыщенности кислородом, но при низких температурах бактериальное окисление происходит медленно, и нефтепродукты могут оставаться в водоемах длительное время - до 50 лет.

Достаточно эффективным является способ сорбционной очистки (физико-химический метод). Его преимущества в том, что загрязнения удаляются до наименьшей остаточной концентрации. При этом процессом можно управлять. Метод также неблагоприятен для окружающей среды, поэтому его применяют в особых случаях. К наиболее экологически безопасным относятся биологические методы. Их применяют специализированные организации, которые имеют на ведение этих работ лицензию. Примером современной биологической технологии является биокомпостирование. Это процесс окисления углеводородов нефти с помощью специальной микрофлоры. В результате черное вещество разлагается на окись углерода, воду, биомассу. Процесс занимает два-четыре месяца. Для того чтобы воспрепятствовать растеканию по воде черных пятен, широко применяют боновые заграждения. Замкнутую в них массу выжигают. Специализированные суда Ликвидация аварийных разливов нефти невозможна без применения специальной техники.

Неблагоприятное воздействие нефтедобычи для всего живого не оставляет сомнений. Причем никакие средства не смогут восстановить окружающую среду при разливе нефти. Именно поэтому в этой отрасли необходимо придерживаться высоких экологических стандартов.

6. СОВРЕМЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ.

Проблема загрязнения океана нефтью представляет серьезную угрозу для окружающей среды и дикой природы, которая и так страдает от человечества. Разлив нефти в Мексиканском заливе, произошедший в начале лета 2010 года, подтолкнул сопутствующие технологии к стремительному развитию. Мы рассмотрим две новейшие разработки в робототехнике.

6.1. SEASWARM.

Созданный исследователями в лаборатории Массачусетского технологического института, Seaswarm может автономно перемещаться по поверхности воды, представляя собой новую систему удаления нефти и очищения поверхности океана. Робот использует конвейер из впитывающей сетки, созданной из нанонитей. Специально сконструированная сетка может впитать нефть с поверхности воды, а затем переработать и ликвидировать её. Seaswarm может в течение многих недель поглощать разлившуюся нефть, автономно передвигаясь по поверхности океана и очищая ее. Исследователи утверждают, что 5 000 роботов типа Seaswarm примерно за месяц могут очистить поверхность, равную площади недавно разлившегося в Мексиканском заливе нефтяного пятна. Работая круглосуточно, группа этих относительно недорогих автономных роботов может постоянно собирать нефть без участия человека. Первый опытный образец Seaswarm был испытан в 2010 на Чарльз-Ривер в восточном штате Массачусетс. Большая часть конструкции робота длиной почти 5 м и шириной 2 м представляет собой ленту-конвейер. Остальное место на передней части зарезервировано для солнечных батарей. Конвейер покрыт специальным материалом, который создал профессор Массачусетского технологического института Франческо Стеллаччи. Материал из нанонитей, способен впитать объем нефти, в 20 раз превышающий его собственный, при этом отталкивая воду. Когда материал насыщается, он нагревается и сжигает собранную нефть, тем самым имея возможность собрать больше нефти. Исследователи поясняют, что роботы Seaswarm обнаруживают край нефтяного пятна и продвигаются внутрь. Они способны взаимодействовать посредством беспроводной связи и используют GPS, чтобы отслеживать свои координаты и обеспечить равномерное распределение роботов-сборщиков по нефтяному пятну. Хотя даже одно устройство способно самостоятельно очистить весь участок, использование группового метода позволяет ускорить работы посредством объединения усилий нескольких устройств. Автономный робот Seaswarm, работающий на солнечных батареях, может оказаться недорогим и эффективным вариантом очистки поверхности моря от нефтяных пятен. Опытный образец робота поглощает нефти в 20 раз больше своего собственного веса. Все собранное «черное золото» затем может быть либо сожжено (Seaswarm располагает встроенной высокотемпературной камерой), либо поднято на борт корабля-сборщика. В настоящее время прототип Seaswarm демонстрируется в итальянском павильоне Venice Biennale на международном фестивале искусства, музыки и архитектуры. Тема фестиваля: показ того, как нанотехнологии изменят нашу жизнь к 2050 году.

6.2. BIO-CLEANER.

Специально для быстрой очистки воды от нефти в Китае был разработан концепт своеобразного робота Bio-Cleaner, который не только борется с загрязнением, но и направляет животных подальше от опасности.

Принцип работы Bio-Cleaner заключается в отслеживании разлитой нефти при помощи биосенсоров. После обнаружения нефтяных пятен, устройство выпускает бактерии нейтрализующие загрязняющие вещества и препятствуют их распространению. На протяжении всего процесса очистки, устройство Bio-Cleaner передает высокочастотные звуковые волны, которые отгоняют рыб и других животных обитающих в воде от загрязненной территории.

Полезное устройство Bio-Cleaner намного бы упростило борьбу с нефтяными пятнами, но к сожалению Bio-Cleaner всего лишь концепт разработанный Шу Шон (Hsu Sean). Возможно в будущем, новые технологии позволят создать подобного робота.

7. РАЗРАБОТКА. «РОБОТ-ЛОКАЛИЗАТОР».

После изучения вопроса влияния разливов нефти на окружающую природу, мы поняли, чего не хватает на данный момент в мировой практике для наиболее успешной борьбы с последствиями нефтяных разливов. Сейчас в мире ведутся разработки автономных устройств, для сбора нефти. Все эти устройства, предположительно, собирают нефть для дальнейшей утилизации (сжигания). Что же касается вопроса о локализации нефтяных разливов, тут все ведется человеком, что называется, вручную. Люди приезжают на места аварий и сами устанавливают различные виды ограждений, которые называются боны. Но ведь в распространении – растекании нефти по поверхности воды огромную роль играет время. А с этим пока никто не борется.

Мы решили разработать автономное устройство – робота, которым можно оснастить каждый танкер. Первоначально мы разработали принцип его действия. Он очень прост (см. видеоролик). При аварии на танкере, робот автоматически сбрасывается в воду, находит пятно, используя имеющиеся датчики, и объезжает его по периметру, постепенно разматывая оградительный бон, надувающийся по принципу спасательных жилетов, которые используют в самолетах. Таким образом, локализация разлива начнется немедленно после аварии, и пятно будет локализовано в кратчайшие сроки. А так как нефть не успеет растечься по поверхности воды, часть ее можно сохранить для последующей переработки. Остальную же часть пятна, к сожалению, необходимо будет собрать для утилизации.

Действующую модель этого устройства мы собрали на базе конструктора LEGO Mindstorm EV3. Для улучшения плавучести мы использовали заготовки из фанеры и пенопласта, для водоизоляции обтянутые воздушным шаром. Для определения нефтяного пятна, мы решили использовать датчик цвета. Он определяет изменение цвета исследуемой поверхности воды на черный цвет нефти. Катушка с нитью – прототип оградительного бона, срабатывает сразу после изменения цвета поверхности.

8. ВЫВОДЫ.

Мы проанализировали изученную информацию и с уверенностью можем сказать, что современная жизнь невозможна без нефти. Исходя из этого, нам необходимо принять все возможные меры по охране окружающей среды от разливов нефти. Первое на что необходимо обратить внимание – это предупреждение разливов нефти. Это возможно при внедрении компаниями новых стандартов деятельности, которые учитывают негативный опыт. Необходима своевременная проверка и ремонт или замена трубопроводов, танкеров, устаревшего оборудования на буровых и морских платформах.

При этом в мире разрабатываются технологические средства, которые способны предотвратить риск появления аварийных ситуаций.

Но всем известно, что аварийные ситуации могут появляться вопреки всем стараниям. Независимо от характера аварийного разлива нефти и нефтепродуктов первые меры по его ликвидации должны быть направлены на локализацию пятен во избежание распространения дальнейшего загрязнения новых участков и уменьшения площади загрязнения. С этой целью нами был разработан робот-локализатор. При использовании нашего работа, нефть не успеет смешаться с водой, и таким образом какую-то часть ее еще можно будет собрать для дальнейшего использования (переработки). Во всех других ныне существующих методах локализации и ликвидации аварийных разливов нефть собирается для последующей ликвидации (сжигание).

Оптимальным решением, как нам кажется, является оснащение подобным роботом каждого танкера. В этом случае, при аварии, локализация нефтяного пятна начнется автоматически. Это поможет сэкономить так необходимое время.

Правильная и своевременная локализация нефтяного пятна при аварийном разливе поможет существенно сократить площадь загрязнения, а значит спасти множество животных и растений, спасти нашу природу!

СПАСЁМ ПЛАНЕТУ ВМЕСТЕ!

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.

, , и др. «Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологические последствия». - М: Недра, 2001. «Как отмыть "Черное золото": О ликвидации нефтяных загрязнений» - Энергия, 2000. Катастрофа танкера "Глобе Асими" в порту Клайпеда и ее экологические последствия / Под ред. . - М.: Гидрометеоиздат, 1990. «Нефть в море: Катастрофа века» - Химия и жизнь, 1992. Черный год для супертанкеров: О мерах борьбы с загрязнением Мирового океана нефтью: Ст. из журнала "Файнэншл Таймс" (Лондон): Напеч. с сокр. // Водный транспорт. – 1990, 8 февраля. , , Современные методы и средства борьбы с разливами нефти: Научно-практическое пособие. - СПб.: Центр-Техинформ, 2000. http://www. northsea. ru http://www. http://www. epochtimes. ru http://www. timerobots. ru