Гидравлическое обоснование использования биосорбента для очистки акваторий от загрязнений

• Автор: Маркелова, Елена Александровна
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Оглавление

I. Общая часть

1.1 Источники поступления нефти в водную среду и борьба с последствиями нефтяных загрязнений

1.2 Анализ нефтесборного оборудования и его применения

1.2.1. Боны.

1.2.2. Скиммеры.

1.2.3. Диспергенты

1.3 Применение биосорбентов для ликвидации нефтяных загрязнений на воде .

1.3.1. Сое гав, форма, вид и происхождение современных биосорбентов.

1.3.2. Способы производства и применения биосорбснтов.

1.4 Обзор методов моделирования движения частиц в водной среде

1.4.1. Осаждение одиночной частицы покоящейся жидкости
1.4.2. Движение взвешенной частицы в турбулентном потоке
Выводы и постановка задачи
II. Экспериментальная часть. Физический эксперимент.
2.1 Изучение движения биосорбента в водной среде
2.2 Установка для проведения физических экспериментальных исследований
2.3 Подготовка исследуемых материалов к эксперименту.
2.3.1. Подготовка нефтепродуктов
2.3.2. Подготовка биосорбента.
2.3.3. Точность измерений.
2.4 Анализ экспериментальных данных
2.5 Схемы намокания биосорбснта в нефти
Выводы из результатов физических экспериментов
III. Теоретическая часть
3.1 Общие положения о моделировании процесса движения биосорбента.
3.1.1. Модель ДКС для частиц биосорбента
3.1.2. Вывод уравнений ДКС
3.1.3. Задача Коши для системы уравнений ДКС
3.1.4. Представление расчетных уравнений в безразмерном виде
3.2 Численное моделирование процесса биодеструкции нефти
Выводы по теоретической части.
IV. Численный эксперимент.
4.1 Описание результатов решения задачи биодеструкции нефти
методом численного моделирования
4.1.1. Распределение частиц биосорбента в объеме в процессе биодеструкции нефти.
4.1.2. Влияние турбулентности на процесс биодеструкции нефти.
4.2 Влияние дефицита загрузки на время биодеструкции нефтяного пятна
V. Основные результаты и выводы.
VI. Приложения
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6
Список литературы


Основным фактором этой технологии является то, что частицы активной микрофлоры, поглотившие нефть, приобретают отрицательную плавучесть и тонут. В процессе переработки нефтепродукта на поверхности частицы образуется пузырек С, которой увеличивается в размере и обеспечивает тем самым положительную плавучесть частицы «биосорбснт+пузырск ССЬ». В результате частица всплывает на поверхность, причем ее биохимический потенциал оказывается далеко не исчерпан. На свободной поверхности частица вновь насыщается нефтью и цикл «осаждения/всплытия» повторяется несколько раз либо до полной биодеструкции нефтепродукта на поверхности воды, либо до полной деградации частицы микрофлоры. Такое поведение биосорбента в водной среде инициировало постановку задачи об использовании гидравлических характеристик процесса осаждения/всплытия для экономичного использования биосорбента за счет многократного его взаимодействия с нефтяной пленкой. Движение частиц биосорбента, зависящее от состояния водной среды, после их взаимодействия с нефтяной пленкой отражается на конечном результате их деятельности-времени биодеструкции нефтяного загрязнения. Состояние водной среды характеризуется рядом факторов: метеорологической обстановкой водного бассейна, соленостью и температурой воды, наличием и скоростью течений и т. Для развития технологии эффективного применения биосорбснтов при ликвидации нефтяных загрязнений необходимо провести оценку факторов, влияющих на эффективность действия частиц биосорбента в водной среде в процессе биодеструкции нефтяной пленки. Перспективность и экологическая целесообразность использования активных примесей, в частности биосорбснтов, была отмечена проф. А.И. Альхименко. Он оценил предложение соискателя по усовершенствованию технологии сбора загрязняющих веществ с поверхности водоема с помощью таких примесей. На кафедре МВТС СПбГПУ под руководством А. Цель исследования- методика эффективного использования биосорбента, базирующаяся на учете гидравлических характеристиках взаимодействия биосорбента с водной средой в процессе удаления нефтепродуктов с поверхности акватории и их биодеструкции. Для достижения этой цели решаются следующие задачи. Стохастизация процесса осаждения/всплытия частиц биосорбента, формулировка математической модели и системы дифференциальных уравнений, описывающих этот процесс. Анализ результатов численного решения системы дифференциальных уравнений с целью определения значимости основных факторов, влияющих на процесс биодеструкции. Разработка практических рекомендаций по экономичному использованию биосорбента в условиях конкретной акватории. Объект исследования. В качестве объекта исследований был выбран биосорбент, не закрепленный на носителе и содержащий штаммы микроорганизмов-биодеструкторов нефти: Candida, Fusarium sp. Rhodococcus, Pseudomonas, Bacillus и др. Как показали теоретические исследования, эти штаммы, в качестве основополагающих, используются в большинстве видов биосорбентов для деструкции нефтяных пленок на воде. Методика исследования. Основной задачей при планировании экспериментального исследования был учет различных вариантов сочетания основных характеристик окружающей биосорбент водной среды, влияющих на его поведение в процессе взаимодействия с нефтяной пленкой. Поэтому за основу были взяты такие характеристики среды, как соленость и температура воды, наличие турбулентности в водной среде, а также фракционный состав исследуемого материала. Результаты экспериментального исследования были обработаны с помощью стандартных приемов статистического анализа. Верификация численной модели, описывающей движение частиц биосорбента в турбулентном потоке, проводилась на основе материалов, полученных в ходе экспериментальною исследования. При численном моделировании процесса биодеструкции в модели использовались экспериментальные данные по осаждению/всплытию частиц в покоящейся воде. Численное решение дифференциальных уравнений выполнялось с помощью устойчивых конечно-разностных схем. МВТС СПбГПУ г. Санкт-Пегербург и Laboratory of Hydraulic Research, Division of Engineering and Policy for Cold Regional Environment, Hokkaido University, Япония.