ХАРАКТЕРИСТИКИ ВУГЛЕВОДОРОДУ НАФТУ, МАЙБУТНІ ТА ЕКОЛОГІЧНА КРИМІНАЛІСТИКА - Безкоштовно PDF

НАФТОВІ УГЛЕВОДОРОДИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, МАЙБУТНЄ ТА ЕКОЛОГІЧНА КРИМІНАЛІСТИКА Дослідження GENV22 та GENV23 Глобальна стратегічна екологічна оцінка вуглеводнів Центр експертизи з екологічного аналізу Квебеку вересень 2015 р.

майбутні

Бібліографічні посилання Цей документ слід цитувати наступним чином: CENTER D EXPERTISE EN ANALYZE ENVIRONNEMENTALE DU QUÉBEC. 2015. Нафтові вуглеводні: характеристики, доля та екологічна криміналістика Дослідження GENV222 та GENV23, Глобальна стратегічна екологічна оцінка вуглеводнів. Міністерство сталого розвитку, навколишнього середовища та боротьби зі зміною клімату, 41 с. та додатки. Юридичний депозит Bibliothèque et Archives nationales du Québec, 2015 ISBN Уряд Квебеку, 2015

КЕРІВА РЕАЛІЗАЦІЇ Ніколас Груєр 1, доктор філософії, екотоксиколог, керівник підрозділу біології та мікробіології Пауле-Емілі Гроле 1, доктор філософії, хімік, керівник відділу органічних промислових забруднень Дослідження та написання Гаел Тріффу-Буше 1, Кандидат філософії, екотоксиколог, керівник відділу екотоксикології та оцінки ризику Ніколас Груєр 1, кандидат медичних наук, екотоксиколог Поле-Емілі Гроле 1, кандидат медичних наук, хімік Александр Уелле 1, кандидат хімічних наук, хімік Фелікс Дюпон 1, Доктор хімічних наук, хімічна редакція Мелані Дерозьє 1, доктор філософії, екотоксиколог Луїс Мартель 1, магістр наук, екотоксиколог, директор з питань експертизи та досліджень Наталі Пакет 1, магістратура, екотоксиколог Даніель Річоз, доктор медичних наук ., хімік, керівник підрозділу польових досліджень Верстка та мовна редакція Вікі Ганьон 1, адміністративний помічник 1 Міністерство сталого розвитку, навколишнього середовища та боротьби зі зміною клімату, Центр експертизи з екологічного аналізу антале з Квебеку. iii

нові аналітичні підходи та інтерпретація результатів, що дозволяють визначити джерело забруднення нафтовими вуглеводнями та певні процеси вивітрювання, такі як біодеградація. Документ під назвою Study GENV28 Розробка додаткових методів аналізу для характеристики нафтових вуглеводнів та моніторингу маркерів у воді, вироблених в рамках глобальної стратегічної екологічної оцінки вуглеводнів, є одним із результатів сучасних розробок, які дозволять майбутні потреби уряду та організацій, які беруть участь у розливах нафти. vi

ЗМІСТ 1 Вступ. 1 2 Характеристика нафтових вуглеводнів. 2 2.1 Хімічний склад. 2 2.2 Фізичні властивості. 7 2.2.1 В'язкість і температура застигання. 7 2.2.2 Щільність. 7 2.2.3 Розчинність. 8 2.2.4 Температура спалаху. 8 2.2.5 Міжфазна напруга. 8 3 Доля нафти після розливу. 10 3.1 У відкритій воді. 10 3.1.1 Випаровування. 12 3.1.2 Розчинення. 12 3.1.3 Фотоокислення. 13 3.1.4 Емульгування. 13 3.1.5 Біодеградація. 14 3.1.6 Взаємодія із зваженими частинками. 15 3.2 У крижаному морі, в субарктичних умовах. 17 4 Екологічна криміналістика та вуглеводні. 20 4.1 Інструменти криміналістики навколишнього середовища. 20 4.2 Інтерпретація отриманих даних. 28 4.3 Визначення зносу вуглеводнів. 31 5 Перспектива. 35 6 Бібліографічні посилання. 36 Додаток 1 Додаток 2 vii

СПИСОК ТАБЛИЦ Таблиця 1. Елементарний склад нафтових вуглеводнів (Speight, 2014). 2 Таблиця 2. Хімічний склад основних нафтових вуглеводнів (Fingas, 2013; Wang and Stout, 2007). 6 Таблиця 3. Властивості основних нафтових вуглеводнів (Fingas, 2013). 9 Таблиця 4. Інструменти криміналістики навколишнього середовища. 21 Таблиця 5. Специфічні для вуглеводнів маркери, які можна використовувати як індикатор вивітрювання. 31 viii

СПИСОК СКОРОЧЕНЬ API: BTEX: Американський нафтовий інститут Бензол, толуол, етилбензол, ксилоли CCME: Канадська рада міністрів навколишнього середовища EC: HAM: HAP: HPT: IPC: MD: MO: MP: MTBE: SPM: UCM: UV: Навколишнє середовище Канада Моноциклічні ароматичні вуглеводні Поліциклічні ароматичні вуглеводні Загальна кількість нафтових вуглеводнів Вуглевод переважний індекс Метилдибензотіофен Органічна речовина Метилпірен Метил трет-бутетиловий ефір Суспендовані частинки Має значення Незмінна складна суміш (нерозчинені складні суміші) Ультрафіолетовий х

2 ХАРАКТЕРИСТИКИ НАУКОВИХ НАУКІВ НАФТУ 2.1 Хімічний склад Нафтові вуглеводні в основному містять молекули, що складаються з атомів вуглецю та водню. Це нециклічні алкани (або парафіни), циклоалкаліси (або нафтени), алкени (або олефіни) та ароматичні вуглеводні (рисунок 1). Інші другорядні компоненти також присутні в нафтових вуглеводнях, такі як метали та полярні сполуки, що містять азот, сірку або кисень. Полярні молекули з низькою молекулярною масою називаються смолами, а більш важкі - асфальтенами. Елементальний склад нафтових вуглеводнів представлений у таблиці 1. Рисунок 1. Основна молекулярна структура основних нафтових вуглеводнів (Коломбано та ін., 2008) Таблиця 1. Елементальний склад нафтових вуглеводнів (Speight, 2014) Елементи у відсотках Вуглець 83 до 87 % Водню 10-14% азоту 0,1-2% кисню 0,05-6,0% сірки 0,05-6,0% металів 100 Міжфазний натяг хв/м (15 С) 27 27 10-30 15-30 30-25-30-25 * В'язкість вимірюється у мілі паскалях/секунду (mpa.s). Міжфазна напруга вимірюється в мілі ньютонах/метр (хв/м). 9

3 ОСОБЛИВОСТЬ НАФТИ ПІСЛЯ РОЗИВУ 3.1 У відкритій воді Після розливу у водному середовищі під впливом горизонтальних та вертикальних процесів транспортування нафта поширюватиметься у навколишньому середовищі. Вони також піддаватимуться різним фізичним, хімічним та біологічним процесам змін, які змінюватимуть їхній хімічний склад та їх фізичні властивості, а також їх долю в навколишньому середовищі. Це процеси випаровування, емульгування, природного диспергування, розчинення, фотоокислення, седиментації, взаємодії з дрібними частинками та біодеградації (Fingas, 2013). Більшість із цих процесів відбуваються одночасно і починаються з початком розливу, як показано на малюнку 4. Важливість кожного процесу буде залежати від хімічного складу та фізичних властивостей нафти, а також умов навколишнього середовища при розливі. навколишнє середовище (наприклад, температура, вітер, струм). Рисунок 4. Часовий масштаб основних процесів зміни та транспортування нафтових вуглеводнів після водного розливу (ширина кожної смуги вказує на важливість процесу) (ITOPF, 2012) 10

Рисунок 9. Походження фітану та пристану, основних ациклічних ізопреноїдів, що містяться в нафтових вуглеводнях (за Дідиком та ін., 1978) Рисунок 10. Основна молекулярна структура гопану (джерело: Sigma-Aldrich) Деякі стабільні ізотопи елементів нафтових вуглеводнів (вуглець та водень) були вивчені з метою перевірки можливості використання їх для визначення джерела забруднення вуглеводнів або навіть процесів їх зміни (Mazeas and Budzinski, 2002; Pond et al., 2002; Wang and Stout, 2007). Стійкість ізотопних співвідношень до вивітрювання вуглеводнів є змінною. Деякі сполуки, такі як лінійні алкани та ПАУ, зберігають свої ізотопні ознаки, коли частина їх розкладається. Цей аспект вважається однією з переваг ізотопної сигнатури, зокрема для цілей кореляції з потенційними джерелами розливу (Mazeas et al., 2002; O Malley et al., 2013). Крім того, О Маллі та його співробітники (2013) показали, що коефіцієнти ізотопів ПАУ не змінюються різними процесами вивітрювання, такими як випаровування, фотоокислення або біодеградація. Ці дослідження виявляють 26

- Крок 4 - інтерпретація результатів. Процедура інтерпретації варіюється залежно від мети, або а) визначення джерела забруднення; b) встановити потенціал природного ослаблення шляхом деградації вуглеводнів, щоб визначити, чи передбачається природне ослаблення на забрудненій ділянці; в) оцінити процеси зміни вуглеводнів. Рисунок 11. Схема рішення щодо аналізу та інтерпретації даних, запропонована Daling та Faxness (2002) для визначення нафтових вуглеводнів 29