|
Исследование возможности удаления нефти с поверхности воды с помощью магнитных полей
Автор: Гавриш Александра, 10 класс, руководитель: Семке А. И., МОУ СОШ № 11 г.Ейска.
Сегодня нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых. В 2011 Россия добывала 10,27 млн баррелей нефти в сутки. Большая потребность промышленных стран в нефтепродуктах приводит, как известно, к необходимости ее транспортировки в значительных объемах, в том числе, и водным путем. При этом очень важно соблюдать меры осторожности, чтобы не допустить разлива нефти. Все чаще мы сталкиваемся с катастрофическими последствиями беспечного и неосторожного обращения с природой. Прежде всего, пожалуй, это касается сохранения водных ресурсов планеты.
Американская фирма разработала технологию применения для сбора нефти магнитной жидкостью, придающей нефти магнитные свойства и позволяющая убирать ее даже в виде тонких пленок. Но есть проблемы, так как подобные реагенты в основном токсичны. Кроме того, возникают трудности с равномерным рассеиванием гранул на загрязненной водной поверхности, особенно в ветреную погоду.
Для удаления нефти возможно применение минерального сырья – в частности перлитового. При термообработке при 600-1000oС перлитовое сырье вспучивается. Для гидрофобизации на нем создается тонкая пленка парафинполимерной смеси. Нефтепоглощение: у необработанного перлита 0,52; после обработки – 0,64-0,7 г/г перлита. Попадая на поверхность воды, материал адсорбирует нефть и образует густую плотную массу, удобную для сбора обычными средствами (в том числе частыми траловыми сетями).
Патент Канады предусматривает сбор разлитой по поверхности воды нефти с помощью диатомовой земли при соотношении объемов земли и нефти от 3:1 до 1:1. Образующийся глинообразный материал опускается на дно водоема. Смесь диатомной земли с сеном, соломой, торфом в сочетании с адсорбированной нефтью плавает на поверхности не меньше недели.В настоящее время ни один существующий метод не является эффективным и экологически чистым одновременно.За последние годы произошло несколько крупных разливов нефти, что нанесло огромный ущерб природе и экосистеме водоемов. В 2007 году тонны мазута попали в воды Керченского пролива, авария 2010 года в Мексиканском заливе (платформа BP) и авария у берегов Новой Зеландии нанесли беспрецедентный ущерб экологии. Поэтому вопрос эффективной очистки водоемов от нефти требует скорейшего ответа.
Гипотеза:
С помощью электрических и магнитных полей можно очищать водную поверхность Объект исследования:
Загрязненная нефтью и маслом водная поверхность.
Предмет исследования:
Влияние электрических и магнитных полей на водную поверхность, загрязненную нефтепродуктами; Водоемы, загрязненные нефтью.
Цель работы:
Исследовать влияние электрических и магнитных полей на нефтяную пленку Задачи исследования:
Сопоставить влияние электрических и магнитных полей на нефтяную пленку, покрытую железными опилками; Найти эффективный размер железных опилок, которые могут быть использованы для очистки от нефтяных загрязнений.
Как отделить нефтепродукты от металлических опилок.
Основные этапы работы:
Теоретическое обоснование;
Проведение опытов с использованием электромагнита и катушки с железным сердечником;
Обоснование вывода и анализ гипотезы.
Методы исследования
Теоретический метод.
Эмпирический метод.
Моделирование.
1.Исследование влияние электрического поля на нефтепродукты, обработанные железными опилками Для проведения экспериментов мы взяли: дизельное топливо, бензин марки 80,92,95 и сырую нефть. Мы помещали по очереди данные нефтепродукты на поверхность воды и посыпали поверхность железными опилками: железной пудрой, железными опилками диаметром 0,1 мм, диаметром 0,3 мм, диаметром 0,5 мм.
Опилки большего диаметра не удерживались на поверхности и тонули в воде.
Далее мы исследовали действие магнитных и электрических полей на обработанную поверхность.
2. Исследование степени очистки водной поверхности от углеводородов Для определения качества воды и степени ее очистки путем определения контролируемых показателей были выбраны из числа органолептических – прозрачность, запах, цветность; из числа гидрохимических: перманганатная окисляемость.
Цветность определяли в пробе воды после ее центрифугирования фотометрически по 100-градусной хромово-кобальтовой шкале цветности и выражали в градусах цветности. Степень прозрачности определяли по высоте столба жидкости в сантиметрах, через который отчетливо виден специальный шрифт.
Качество воды, зависит от размеров железных опилок, прозрачность 1 см при максимальных размерах опилок 0,5 мм и 14 смиспользовании железной пудры. Значение данного показателя во всех исследованных пробах не соответствовало требованиям СанПиН, кроме последнего забора воды, при использовании железной пудры, когда прозрачность воды оказалась соответствующей норме. По запаху не наблюдалось отклонений от нормативных требований только последней пробы воды при использовании железной пудры.
Коричневатый, слабо-желтый и желтый цвет, который присутствует в пробах, не соответствует нормам, окраска не должна обнаруживаться в столбике глубиной 10 см. Только последняя проба соответствует экологическим требованиям.
Метод перманганатной окисляемости основан на окислении органических загрязнений (с помощью кислорода, который эквивалентен загрязнению) перманганатом калия в мягких условиях при кипячении, которое проводят только в очищенное воде.
Перманганатная окисляемость воды — это величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых (при определенных условиях) одним из сильных химических окислителей, в нашем случае, с помощью перманганата калия (марганцовки). Этот показатель отражает общую концентрацию органики, в том числе нефтепродуктов в воде.
Перманганатная окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление всех окисляемых веществ, содержащихся в 1 дм3 воды.
Величина окисляемости природных вод может варьироваться в широких пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов О2 на литр воды. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость (а значит и более "богаты" органикой) по сравнению с подземными. Так, горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2-3 мг О2/дм3, реки равнинные — 5-12 мг О2 /дм3, реки с болотным питанием — десятки миллиграммов на 1 дм3. Подземные же воды имеют в среднем окисляемость на уровне от сотых до десятых долей миллиграмма О2 /дм3 (исключения составляют воды в районах нефтегазовых месторождений, торфяников, в сильно заболоченных местностях).
Оценку степени чистоты водной поверхности оценивали интерфереционным способом и химическим способом с помощью перманганата калия (перманганатная окисляемость воды). Оба способа оценки степени чистоты водной поверхности дали одинаковый результат.
3. Проектирование установки по удалению нефтепродуктов с поверхности воды Для решения данного вопроса мы изучили имеющиеся образцы техники и спроектировали модель плавучей платформы.
См. также
Путеводитель по выбору оборудования для учебно-исследовательских работ
|
Библиотека исследовательских работ обучающихся 
