книга борьба полная версия. Аварийных разливов
![]()
|
Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти в ![]() «Темп захвата» - площадь, покрываемая скиммером за единицу времени, обычно выражается в кв. миля/час (морские квадратные мили в час) и рассчитывается по формуле: Темпы захвата = Скорость сбора х Ширина охвата. «Скорость сбора» - скорость перемещения скиммера при сборе и «ширина охвата» - ширина горловины скиммера или отражающих бонов, прикрепленных к нему, выраженная в футах или метрах. Темпы захвата по существу определяют, какой срок понадобится любому данному ским-меру для охвата данной площади. Данный подход может быть использован для определения количества мобильных скиммеров и в течение какого периода времени они будут работать по очистке от нефтяного пятна с учетом эмульгирования, испарения и естественной дисперсии нефти. Тип и количество скиммеров рассчитывается на основании способности скиммеров удалять определенное количество разлитой эмульсии нефти. ![]() 303 Площадь, покрытая пленкой определенной средней толщины, используется в качестве основы для определения типа и количества необходимых скиммеров. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов К ![]() Насосы для мобильных систем обычно входят в состав скиммера. В то время как самоходные суда, такие, как прибрежные танкеры и нефтяные баржи, обычно снабжены оборудованием для разгрузки, баржи, используемые для очистных работ, могут не иметь таких устройств. В случае наличия барж или других самоходных судов, используемых для перевозки вязких нефтей, необходимо подбирать типы насосов, удовлетворяющих поставленным требованиям. Для сбора нефти с помощью специальных судов (нефтесборщики), используют технологию, именуемую «скимминг», что в переводе с английского означает «снятие пенок». Они оснащаются раздвижными консолями на поплавках, как бы сгребают нефть с поверхности воды. Эта система, основанная на применении раздвижных поплавковых устройств, подчиняется волнению на море. Иными словами, такое судно старается с помощью своих раздвижных плавучих консолей как можно более точно повторять форму волн и при этом как бы соскребать нефтяное пятно с подвижной поверхности воды. Нефть поступает в сточные колодцы, где расположены винтовые насосы. Эти насосы напоминают огромную мясорубку: вращающиеся шнеки - непрерывные винтовые лопасти - затягивают густую вязкую нефтяную массу с поверхности воды внутрь судна и по трубопроводу направляют в специальные баки. Эти баки оборудованы нагревательным устройством, которое позволяет доводить их температуру до 90 градусов Цельсия. В результате нагрева нефть становится более текучей, и ее легче перекачивать в нефтесборники на берегу. Однако эта технология эффективна лишь при малом волнении на море. При высоте волн более 2 метров, суда-скиммеры бесполезны. Механическими средствами на воде, как утверждают специалисты, удается собрать не более 20% от общего количества разлитой нефти. Они практически бесполезны в штормовую погоду и при сложных гидрометеоусловиях. В случае волнения и низких температурах нефтемусоросборщики не смогут обеспечить номинальные режимы сбора нефти с поверхности воды из-за ее вязкости и малой текучести. В результате волнения моря нефть переходит в состояние эмульсии, причем эта эмульсия обладает высокой вязкостью и сложнее распадается на фракции, то есть практически не подвергается биоразложению. Процесс эмульгирования существенно увеличивает объем нефтесодержащих продуктов, что серьезно осложняет проведение работ по ликвидации и утилизации водонефтяной смеси. 304 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти П ![]() Одним из методов уничтожения нефтяной пленки в тех случаях, когда она угрожает катастрофическим загрязнением приоритетных зон, является ее диспергирование с помощью специальных препаратов - диспергентов [67, 71, 82, 91]. В России к применению допускаются диспергенты, разрешенные Минздравом России и зарегистрированные в Российском Реестре потенциально опасных химических и биологических веществ. Применение диспергентов должно быть санкционировано Госкомрыболовством России и МПР России. Диспергенты особенно эффективны, если с момента разлива нефти прошло не более 72 часов и температура окружающей среды выше 5°С. Диспергенты не рекомендуется применять на мелководье на глубинах менее 10 м. Диспергаторы ускоряют скорость естественного диспергирования, снижают «барьер» (натяжение), который препятствует образованию очень мелких каплей под воздействием волн. При использовании диспергато-ров образуется гораздо больше мелких нефтяных каплей. Нефти переходят в дисперсное состояние быстрее при сильном волнении. Высоковязкие нефти труднее поддаются диспергированию. Диспергаторы надлежит применять быстро и точно. Они могут наноситься с судов, вертолетов и самолетов, при этом распыление с самолета представляет наилучший метод при больших разливах нефти. При использовании воздушных судов больших размеров поверхность нефтяного пятна может быть обработана в 40 раз быстрее, чем при использовании самых больших и высокопроизводительных нефтесборщиков. Кроме того, применение диспергентов с воздуха позволяет распылять их в штормовую погоду, когда невозможно использование средств механического сбора нефти. Ключевым соображением является обработка наиболее утолщенных частей нефтяного пятна применением достаточного количества диспергента. В общем случае применение одной части диспергента приводит к диспергированию от 20 до 30 частей нефти. Сильное волнение моря способствует быстрому перемешиванию и разбавлению диспергированной нефти. В условиях сильного волнения отношение диспергента к нефти уменьшается до одной сотой. За последних 30 лет диспергенты успешно применялись более чем на 70 разливах нефти. Частота их применения устойчиво возрастает в девяностых годах. При разливе с танкера «Си Эмпресс» у побережья Уэльса в 1996 года в результате диспергирования было предотвращено попадание на береговую линию более 80% неиспарившейся нефти (около 35 000 тонн). Последующие исследования показали, что чистый эффект от применения диспергентов оказался положительным для окружающей среды, в 305 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов ч ![]() Решение о применении диспергентов принимается после проведения оценки чистой экологической выгоды (ответа на вопрос, нанесет ли не-диспергированная нефть больший или меньший ущерб окружающей среде по сравнению с диспергированной химическими препаратами). Допускается применение только препаратов имеющих сертификаты и нормативно-техническую документацию одобренные Госкомэкологией, Росрыбводом и Госсанэпиднадзором. Применение сорбентов Использование нефтяных сорбентов аналогично применению других порошкообразных сорбентов. При ликвидации нефтяных загрязнений водной поверхности прежде всего производят локализацию разлившейся нефти или нефтепродуктов бонами, что является обязательным при любой технологии очистки. Затем производят нанесение сорбента на загрязненную поверхность любым механизированным или ручным способом до полного поглощения нефтяной пленки и образования плавучего конгломерата. После этого производят стягивание бонового заграждения, концентрируя сорбент с поглощенной нефтью вблизи места, удобного для сбора, и тем или иным образом удаляют отработанный сорбент с поверхности воды [35, 97]. Резерв времени для локализации нефтяного разлива без существенного ущерба окружающей среде, в зависимости от погодных условий, обычно не должен превышать 24-72 часов с момента аварии. Использование при ликвидации нефтяного загрязнения порошковых сорбентов, сохраняющих плавучесть в течение длительного периода времени, позволяет значительно увеличить резервы времени для проведения подготовительных мероприятий и сбора нефти. При сборе нефти на воде могут применяться крупные конструкции сорбционно-заградительных бонов длиной 5 метров, состоящие из нетканого сорбента, элемента, обеспечивающего плавучесть, и сетки, придающей конструкции необходимую форму. Боны легко соединяются между собой и образуют заграждения, ограничивающие нефтяное пятно и препятствующие его распространению по поверхности воды или почвы. С помощью бонов огражденное пятно разлива буксируется к урезу воды и концентрируется для последующего сбора, одновременно сорбируя нефть. Боны обладают плавучестью даже в состоянии полного насыщения нефтепродуктами. Биосорбент может применяться как автономно, так и в сочетании с традиционными средствами механического сбора. Распыление биосорбе-нотов с судов ограничивается погодными условиями. Применение биосорбентов с помощью авиации позволяет начинать ликвидацию аварии 306 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти ![]() Тактика и технология применения биосорбентов с использованием вертолета отражены на рис. 26. По неполным сведениям только в последние годы биосорбенты широко применялись для борьбы с разливами нефти на воде:
![]() Рис. 26. Тактика и технология применения биосорбента при разливе нефти 307 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов
Контролируемое сжигание нефти Пролитую сырую нефть в принципе можно сжечь, однако при образовании тонкой нефтяной пленки на водной поверхности, горение прекращается из-за теплоотвода в толщу воды. Кроме того, разлитая нефть быстро теряет легкие, наиболее горючие фракции. Поэтому для осуществления контролируемого сжигания разлитой нефти первоначально производится локализация нефтяного разлива, утолщение слоя нефти (до нескольких сантиметров) с целью ее последующего поджога и сжигания. Более легкие и летучие нефти могут быть подвержены возгоранию сразу же после разлива. Эти характеристики склонят чашу весов в пользу сжигания на месте - вариант ликвидации, обладающий потенциалом удаления значительных количеств нефти с поверхности моря, но который также породит обильный черный дым и небольшое количество стойкого осадка. К середине 80-х годов метод сжигания аварийно разлитой нефти на месте был признан надежным при условии удержания пятна нефти достаточной толщины на месте. В 1988 году на открытой воде у берегов Норвегии были проведены успешные испытания: 80 м нефти удерживали огнеупорным боном длиной 91 м и подожгли с помощью желеобразного газолина. За 30 минут 95% нефти было уничтожено. В 1989 году на второй день после аварии танкера «Эксон Валдиз» 4800 м нефти выгорели за 45 минут на 98% (поверхностный воспламенитель подплыл к огражденному пятну и поджег его). В августе 1993 года более 25 агентств из Канады и США провели успешные испытания у берегов Канады по сжиганию на месте аварийно разлитой нефти. Участвовало 20 судов, 7 самолетов, 230 человек, затраты составили 7 млн долл. США, сожгли более 3200 м нефти. Получается, что на сжигание 1 м нефти было затрачено более двух тысяч долларов США. В 1996 году на Северном море были проведены два отдельных сжигания нефти на месте с использованием огнеупорных боновых заграждений, вертолетного факела и желеобразного газолина, при этом было сожжено 640 м3 нефти. 308 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти В ![]() Российским ученым впервые в мире удалось создать относительно недорогой в эксплуатации мощный электроионизационный СО2 - лазер, работающий на потоке атмосферного воздуха. Лазерное излучение характеризуется не только тепловым воздействием на материалы, но обладает целым рядом уникальных физических свойств. Это, например, высокое оптическое качество потока излучения, его когерентность и монохроматичность. Использование именно этих уникальных свойств лазерного луча открывает замечательные технологические перспективы. Речь идет о создании мобильных установок для лазерной очистки водной поверхности от нефтепродуктов. Механизм метода лазерной очистки заключается в следующем. Лазерное излучение сильнее всего поглощается тонким слоем воды, который непосредственно примыкает к нефтяной пленке, поэтому вода в этом слое быстро нагревается и переходит в состояние метастабильности. Происходит парообразующий взрыв метастабильно перегретой воды и разрывается тепловой контакт нефти и воды, который препятствует горению нефтяной пленки в обычных условиях. Нефтяная пленка подбрасывается вверх и дробится на фрагменты. Капли нефти подбрасываются на высоту 30-40 см, смешиваются с атмосферным воздухом и образуют горючую смесь. Происходит самовоспламенение смеси, и капли нефтяного загрязнения сгорают в воздухе При ликвидации аварий, связанных с разливом нефтепродуктов, таким способом можно эффективно и быстро удалять нефтесодержащие пленки практически любого состава и толщины. Только применение лазера позволяет проводить полную очистку поверхности воды от тонких «радужных» пленок, что недостижимо другими известными способами. При использовании лазерной технологии можно проводить очистку водной поверхности со значительных расстояний, например, с берега. Лазерный способ очистки может быть с успехом использован на завершающей стадии обработки поверхности нефтяного разлива после применения механического или химического способов сбора толстых пленок, а также для очистки водоемов-плантаций морепродуктов или жемчужных факторий, береговой кромки и гидротехнических сооружений. Опыты показали, что скорость очистки слабо зависит от состава и вязкости нефтепродуктов, а также от угла падения лазерного излучения на поверхность воды. 309 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов С ![]() Весьма перспективным выглядит применение новой технологии и с финансовой точки зрения. Стоимость одних судно-суток при ликвидации аварийных разливов нефти механическим способом составляет около 3 тыс. долларов, а эксплуатации лазерного комплекса обойдется в несколько сотен долларов за сутки. Затраты на сбор 1 тонны нефти механическим способом оцениваются в 200-400 долларов, а работы с использованием лазерной технологии - примерно вдесятеро дешевле. По законодательствам ряда стран, финансовая ответственность за тонну разлитой нефти составляет 4-10 тыс. долларов, в России - 20 тыс. рублей. Путем несложных вычислений можно подсчитать, что создание и эксплуатация плавучего комплекса, способного утилизировать, скажем, 20 тонн нефти в сутки при себестоимости 20 долларов за тонну, будут в десятки раз дешевле, чем выплата штрафных санкций. Технологии ЛРН в ледовых условиях В настоящее время из средств ЛРН, имеющихся на вооружении мор-спецподразделений, большинство малоэффективно, а в некоторых случаях практически неприменимо в ледовых условиях, так как они разрабатывались для применения на чистой воде [35]. Прочность боковых заграждений недостаточна, чтобы противостоять усилиям, создаваемым дрейфом льда. Для ограничения распространения нефти по акватории в качестве ограждения рекомендуется использовать сам лед. Нефтесборщики порогового, вихревого и всасывающего принципов действия применять в ледовых условиях можно в весьма ограниченных случаях, когда имеются разводья, акватория чистой воды и соответствующие метеорологические условия. Лед легко блокирует такие нефте-сборные устройства, забивает приемный орган. Для сбора плавающей в разводьях льда нефти эффективно применение олеофильных сборщиков сорбционного типа. Возможно сжигание нефти в ледовых условиях при достижении большой толщины слоя нефти (сырой нефти - до 5 мм). Такая толщина обеспечивает достаточную устойчивость горения. Для уменыпе- 310 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти н ![]() Применение биологических методов ЛРН в ледовых условиях и в море никакого эффекта не дает, так как активная деятельность бактерий незначительна и поэтому их целесообразно применять только для очистки берега. Сбор разлитой нефти в ледовых условиях (замазученные куски льда, ледяная шуга, перемешанная с плавающей нефтью) или вязкой нефти (около 7000 сСт), потерявшей текучесть из-за низкой температуры воды и наружного воздуха, возможен только грейфером, которым захватываются куски замазученного льда, ледяная шуга вместе с нефтью и грузятся в трюм. Возможен и сбор нефти путем притапливания льда перфорированным листом или сетью. В результате этого нефть всплывает на поверхность и собирается одним из возможных методов. Но такой метод сбора можно применить лишь на незначительных площадях, защищенных от ветра и волнения, к тому же этот метод влечет за собой решение последующих нелегких проблем, т.к. при погрузке замазученного льда в трюм землесоса, грузоотвозной шаланды или баржи необходимо обеспечить растапливание льда, сбор и выкачку нефти или эмульсии в береговые плавемкости. В случаях разлива нефти в мелкобитом льду возможно применение трала с последующим опорожнением его кошелька в открытую плав-емкость. 5.2. Технологии ликвидации разливов нефти на суше Работы по ликвидации крупного разлива нефти на грунт можно разделить на три этапа:
Следует отметить, что четкой границы между этапами нет, так как работы проводят одновременно как по сбору разлитой нефти, так и по технической и биологической рекультивации и занимают продолжительное время [54]. Технологии локализации разлива нефти на грунт Разливы нефти и нефтепродуктов на любой площади от нескольких квадратных метров до сотен и тысяч квадратных метров забрасываются (покрываются) гранулированным нефтесорбентом вручную или с помо- 311 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов щ ![]() Сбор конгломерата разлитой нефти с нефтесорбентом (нефтешлама) с загрязненной поверхности производится с помощью ручных приспособлений (при небольших площадях разливов) или с помощью специальной техники - нефтемусоросборщиков (при значительных площадях разливов нефти и нефтепродуктов). При небольших площадях разливов и тем более, если они произошли в отдаленных местах, наиболее целесообразным считается сжигание собранного нефтешлама на месте в мобильных установках с соблюдением всех требований экологической безопасности. При значительных количествах, собранный нефтешлам загружается в самосвалы и вывозится на стационарные или временно развернутые пункты утилизации. Технология утилизации нефтешламов может быть различной
Локализация большого объема разлитой нефти осуществляется: путем строительства дамб, нефтеловушек, каналов и отстойников, применением локализующих бонов. В большинстве случаев возводятся земляные дамбы, строительство которых осуществляется насыпным способом. В основании дамбы бульдозерами или скреперами снимают и перемещают растительный слой в валы, далее грузят его экскаватором или погрузчиком в транспортные средства. При отсутствии растительного грунта подготовка основания заключается в уплотнении грунта катками после предварительного рыхления на глубину 0,15-0,30 м. Нефтеловушка (гидрозатвор) представляет собой гидротехническое сооружение для перекрытия водотоков с целью предотвращения распространения аварийной нефти. Гидрозатвор состоит из земляной плотины, ограждающей дамбы, водопропускного сооружения и отстойника. Гидрозатворы позволяют предотвратить распространение нефти и произвести 312 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти е ![]() После сбора нефти и завершения очистных работ проводится разборка гидрозатвора и биорекультивация нарушенных земель. Водопропускное сооружение гидрозатвора состоит из труб металлических диаметром от 330 до 1400 мм. Для обеспечения отвода воды из среднего слоя отстойника трубы укладываются с обратным уклоном или приваривается колено. Отстойник рассматривается как аккумулирующая емкость для отстоя и сбора аварийной нефти. Поток воды в отстойнике должен иметь ламинарный режим течения, при котором аварийная нефть всплывает на поверхность, а частицы нефтезагрязненного грунта оседают на дно. Для локализации аварийной нефти и отвода избыточной воды на переувлажненных землях и болотах прокладывают открытые каналы, устраивают отстойники, где с поверхности воды собирают аварийную нефть и нефтепродукты. Строительство открытых каналов ведут землеройными машинами, реже взрывным способом или способами гидромеханизации. Наиболее распространено производство работ по каналам землеройными машинами. Для локализации и сбора аварийной нефти на водотоках и водной поверхности озер и болот применяются боновые заграждения, которые позволяют оперативно перекрывать водоток и задерживать нефть и нефтепродукты, находящиеся на поверхности воды, и направляют нефть к месту сбора. Для локализации аварийной нефти на водотоках и водоемах используются боны: береговые (секция 21 м), речные (секция 10 м), заградительные (секция 30 м), портовые и болотные. Боновые заграждения в отстойниках перемещают нефть по поверхности воды к месту сбора, где она собирается с помощью скиммеров, экскаваторов, насосами и вакуумными бочками с берега (рис. 27). Для локализации разлива нефти на реках применяют установку удерживающих боновых заграждений с учетом ширины и скорости течения реки с целью создания так называемого рубежа задержания. Способ установки бонов со стопроцентным перекрытием русла реки применим для малых рек, несудоходных рек и рек со скоростями течения до 0,3 м/сек. Для защиты берегов от нефтезагрязнения на водотоках применяют боновые береговые заграждения. Они позволяют направлять аварийную нефть к местам сбора, не пропуская ее по всему сечению водотока (рис. 28). Особую заботу при разливе нефти вызывает защита водозаборов. В этом случае применяют установку направляющих бонов двумя ветвями с применением якорей (рис. 29). 313 ![]() ![]() Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти ![]() Сбор аварийной нефти Работы по сбору аварийной нефти на земле делятся на два вида -грубые и щадящие. При грубой очистке бульдозерами и экскаваторами нефть счищается вместе с поверхностным слоем земли. При щадящей -верхний почвенный слой и растительность сохраняются: загрязненный участок временно заводняется, а нефть собирается уже с поверхности воды. Кроме того, нефть смывается с помощью водяных струй и счищается скребками-драгами. На сильно загрязненных нефтью участках (толщина слоя - 30-50 см) хорошо зарекомендовала себя следующая последовательность очистных работ. Вначале нефть собирается при помощи скребков-драг или, при заводнении участка, нефтесборщиков. Потом оставшаяся нефть либо смывается водой под высоким давлением, либо верхний загрязненный слой почвы срезается. Наиболее распространенным методом ликвидации последствий нефтяных разливов является засыпка замазученных земель песком. Используемый для засыпки разливов нефти карьерный и намывной песок не способен восстановить плодородие почвы в полной мере. Засыпка нефтяных разливов на почве торфом является более удачной технологией, но без перемешивания мульчирующего торфяного слоя с загрязненным грун- 315 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов ![]() том не может считаться экологически приемлемой. Был предложен способ рекультивации нефтезагрязненных земель взрывным методом: при этом необходимо густо разместить микрозаряды, обеспечивающие сплошное перемешивание торфяной залежи. Краткое описание применяемых технологий сбора нефти с грунта механическим методом приведено в таблице 32. Но, как показал опыт ликвидации последствий усинского разлива в Республике Коми, механическая очистка земель от нефти до предельно допустимого уровня содержания углеводородов не всегда возможна и экологически оправдана. В северных условиях, где добывается основная часть российской нефти, при низких температурах нефть имеет высокую вязкость, поэтому находят применение следующие методы сбора аварийной нефти. На болотах используется метод выдавливания - механическое удаление нефти с использованием заваренной с торцов трубы, которую протаскивают по загрязненным землям, подгоняя нефть к местам сбора. Заполнение трубы водой позволяет изменять давление на грунт. Сбор аварийной нефти при помощи скребка, изготовленного из разрезанной трубы, эффективен при наличии поверхностной вязкой аварийной нефти. Трактор через лебедки перемещает скребок с аварийной нефтью к местам сбора. Перемещение трубы и скребка выполняется при 316 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти Т ![]() |