Когда на сверкающем  белоснежном  арктическом побережье замаячили ярко красные куртки двух паханов общероссийской преступной группировки (ОПГ), мир, который не разучился думать, содрогнулся. Стало понятно, что эпоха  раздела континентальных нефтяных кладовых  приближается к концу и приходит пора шельфовой зоны Ледовитого океана.

    На арктическом льду высадилась компания хищников, пропитанных нефтью  и наслаждавшиеся  не красотами арктического пейзажа, а запахом сотен триллионов долларов с глубинных подводных кладовых. Наше внимание отвлекалось красными куртками, а они подсчитывали свалившееся на них, их родных и партнеров по обогащению, несметные богатства.  140-ка миллионный муравейник, хором исполнявший «одобрямс», в их число, естественно,  не входил.  Но, на фоне этого хора, мой комариный писк «Руки прочь от Арктики!» [1] услышали лишь некоторые коллеги-нефтяники и некоторые экологи. Уговаривать эту обезумевшую свору, объяснять и надеяться на человеческое благоразумие, совершенно бесполезно. Но и смириться с приближающимся концом привычного земного мира человечество не имеет право. Насколько все это серьезно? Напомню, что на российских стапелях уже находятся первых три, из десятка, флагманов атомного ледокольного флота для того, чтоб превратить в асфальтовую дорогу Северный Морской путь. Что Китай уже апробировал более короткую альтернативную дорогу, напрямую через Северный полюс [2].  Население планеты Земля узнает об этом несколько позднее, когда будет поздно оглядываться на сегодняшний день.

      То, что Арктика уже в XXI столетии потеряет свой ледяной покров, сомневаться не приходится. Чем это обернется для наших потомков, гадать не будем.  Остается надеяться, что арктическая фауна успеет перекочевать к берегам  Гренландии и не канет в разряд ископаемых.

      Но, совершенно однозначно, если человечество не избавится от проблемы зависимости от углеводородного сырья, проблема загрязнения углеводородами выйдет на передний край, и человечество вынуждено будет научиться решать ее.

     Автор, волею судьбы, всю сознательную жизнь был связан с проблемой извлечения нефти из подземных кладовых, отрезанных от ствола скважины искусственными озерами, образовавшимися при бурении водными буровыми растворами  при их фильтрации из бурящейся скважины в пласт.   Радикальным путем преодоления этого водяного замка стало использование при бурении углеводородных буровых растворов, фильтрат которого представлен  однородным нефти, по природе смачивания, флюидом. В качестве такового углеводородного раствора была разработана эмульсия воды в дизельном топливе  ( инвертная, обратная эмульсия), фильтрат которой представлен дизельным топливом. Что такое обратная (инвертная) эмульсия? Это система, обратная по своей природе  прямой природной эмульсии, каковой является обычное молоко.

    Если природная молочная эмульсия не загрязняет окружающую природу, то искусственная обратная эмульсия токсична для всех живых организмов. Естественно, параллельно процессу создания этой эмульсии, требовалось создать методы регулирования ее технологических свойств и контроля параметров, требовалось разработать методы защиты от  нее вредного воздействия всех объектов природы.

      Хотя экологические проблемы новой системы ничем не отличались от природной нефти, но одно то, что человеком создана новая эмульсия, требовало от разработчиков серьезно заняться  и проблемами экологии [3]. С некоторыми из них автор считает своей обязанностью поделиться, в расчете на то, что их доработкой и практическим использованием  займутся молодые ученые в области гидравлики, физической химии и экологии.

      Сбор углеводородов с водной поверхности.

     Начну этот раздел с привлечения внимания к природной эмульсии жира в воде (молоко и молочные продукты). Крохотные глобули полидисперсного жира распределены в водной фазе и забронированы молекулами триглицерида и холестерина от укрупнения и слияния (коагуляции)  (рис. 2).

    Повышение содержания жира в молоке (3,25%) ведет к росту структуры эмульсии   (сливки – 10-20%, сметана – до 58%, масло -78-82%).

     Эта же закономерность характерна и для обратных эмульсий, в которых роль внутренней дисперсной фазы выполняет вода, а внешней дисперсионной средой является жидкий углеводород (нефть, нефтепродукты).

     Зафиксировав эту закономерность, мы обретаем возможность регулировать структуру углеводородного загрязнения водной поверхности водоема, отверждая загрязнение или разжижая его для облегчения всасывания. Регулировать состояние эмульсии можно посредством введения в дисперсионную среду специально подобранного  поверхностно-активного вещества (ПАВ, surfactant) эмульгатора или деэмульгатора.

      Рассмотрим конкретный случай, имевший место в ноябре 1981 года при крушении английского танкера (под греческим флагом)  «Глобс Асими»  в Клайпедском порту.  Не успев вовремя покинуть порт при приближении шторма (команда отдыхала на берегу и собрать ее оказалось не просто), при попытке покинуть порт во время 10-ти бального шторма, танкер был выброшен на мол и раскололся. Нефтяное пятно угрожало не только ближайшему побережью порта, но и расположенному вблизи заповеднику Куршская коса.

      Несмотря на присутствие  специалистов многих стран, специализированных плавсредств для сбора нефти практически не было. И тогда было принято решение превратить разлившуюся   нефть в  твёрдое  состояние, чтоб собирать ее плавающими кранами. Опрыскивая  поверхность разлива смесью ПАВ «Украмин» со стабилизатором  эмульсии МАС-200 (модифицированный аэросил с удельной  поверхностью 200 м²/г), перевели разлив в твердое состояние и вычерпывали ковшами плавучих кранов. Территория порта и ближайшие пляжи были загублены и очищались в течение нескольких последующих лет, но Куршскую косу отстояли от загрязнения.

     Рассмотренный пример  удаления углеводородов с водной поверхности  стал первым полигоном  самопроизвольного эмульгирования морской воды в поверхностном слое углеводородов и изменению его фазового состояния из жидкого до твердого.

    Решена ли проблема? Безусловно, нет. Это был лишь первый эксперимент, подтвердивший правильность выбранного направления, которое необходимо неоднократно проверять, разработав нормальный ряд ПАВ-эмульгаторов, обеспечивающих самопроизвольное эмульгирование воды при относительно слабом возмущении поверхности моря. Параллельно необходимо иметь  стабилизатор на базе высокодисперсного минерального порошка с модифицированной (гидрофобной) поверхностью.

    Автор не ожидает никаких видимых проблем своим последователям в доработке описанной технологии и налаживания промышленного производства компонентов для широкого промышленного внедрения этого метода очистки водной поверхности при катастрофических разливах углеводородов (типа взрыва на нефтяной платформе Deepwater Horizon 20 апреля 2010 года в  Мексиканском заливе).

    Иной подход был выбран при необходимости удалять поверхностные тонкие пленки углеводородов с водной поверхности или  распределенных в объеме дисперсий.

   Успешно апробирован метод сбора и удаления тонких пленок углеводородов с водной поверхности заправочных станций прогулочных судов на Днепровском пароходстве в Киеве посредством адсорбента МАС-200 (модифицированный аэросил SiO₂ с удельной поверхностью 200 м²/гр). 

     Примечание для желающих использовать для сбора тонких пленок  углеводородов гидрофобизованные минеральные маты. Не тратьте зря время. В отличие от высокодисперсных минералов, обладающих огромной удельной поверхностью и не поддающихся деформации,   минеральные волокна легко деформируются с образованием микротрещин, открывающих гидрофильную поверхность матрицы.

    Для очистки воды от диспергированных в объеме  углеводородов и для очистки моторных топлив (соляровые фракции) от следов воды целесообразно использовать фильтры с гидрофобизованным фильтровальным элементом [4].

   Ликвидация углеводородного загрязнения плодородной почвы.

  Как правило, при загрязнении углеводородами плодородной почвы предпочитают срезать  загрязненный слой, складировать грунт и обрабатывать  его различными абсорбентами, углеводородопоглощающими бактериями, растворителями и др.

   Авторы ГЭР [3], совместно с институтом физической химии (отдел физхимии поверхности) АН УССР и институтом коллоидной химии и химии  воды АН УССР предпочли предварительно изучить физико-химические особенности загрязнения углеводородами и факторы, влияющие на омертвление почвы. Оказалось, что углеводородная пленка не пропитывает весь грунт. Она адсорбируется на поверхности крупных блоков, изолируя их от поступления кислорода и воды.  Поэтому большая часть абсорбентов и углеводородопоедающих микробов не работают, и процесс рекультивации затягивается на десятилетия.

     Определив причину, стало понятно, что требуется «открыть окна» в углеводородной пленке, изолирующем плодородный блок. Для этой цели использовали гидрофобизованный аэросил МАС-200, который запахали в загрязненный чернозем Полтавской области. В течении нескольких лет за изменением плодородия почвы наблюдал С.В. Паховчишин (институт коллоидной химии и химии воды АН УССР). В первый же год с загрязненного нефтью участка был получен 20% урожай, в сравнении с незагрязненным участком, а на третий год урожайность повысилась до 80%.  Важно сразу после загрязнения провести обработку гидрофобным материалом, избирательно работающим в загрязненной углеводородом зоне. Со временем к разрушению углеводородной изолирующей пленки подключаются корневые волокна внутри блока.

       Автор не планировал публиковать этот материал, надеясь, что сумеет заинтересовать им молодое поколение, желающее сделать научную карьеру в этой актуальной области знаний. Но эти надежды не сбылись.  А на горло наступает очередная  реальная катастрофа в одном из наиболее опасных  регионов, где долларовое помешательство способно повлиять на судьбу нашей маленькой голубой планеты.  

Библиография

1. И. Хейфец. Красные пятна на теле Арктики. http://saba6.livejournal.com/15538.html

2. А. Ранкс. Дракон в Арктике: Зачем Китаю Северный Полюс.  https://republic.ru/future/drakon_v_arktike_zachem_kitayu_severnyy_polyus-1106343.xhtml

3. В. Токунов, И. Хейфец. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы. М. Недра. 1983.

4. J.B. Kheyfets, Filter for separating water from fuel. Patent USA #5904956, 1999