''проблемы охраны морей и океанов'' Степанов Сергей Ильч ММ-21-0. Инженерной механики Кафедра Автоматизации проектирования сооружений нефтяной и газовой промышленности
 Скачать 154.59 Kb.
|
|
1.5 Синтетические поверхностно-активные вещества Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ, попадают в материковые воды и морскую среду. СМС содержат плифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированная сода, силикаты натрия. В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионоактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионоактивные вещества. На их долю, приходится около 50% всех производимых в мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов. 1.6 Соединения с канцерогенными свойствами Канцерогенные вещества - это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в организмах. В зависимости от условий воздействия они могут приводить к ингибированию роста, ускорению старения, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда организмов. Максимальное количество ПАУ в современных донных осадках Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого вещества) обнаружено в тектонически-активных зонах, подверженным глубинному термическому воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива. 1.7 Тяжелые металлы Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются во многих промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединений тяжелых металлов в промышленных сточных водах очень велико. Большие массы этих соединений поступает в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец, кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3,5 тыс. т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 121 тыс. т. ртути, значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс. т./год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метил-ртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. Владельцам химического комбината «Тиссо» в городке Минамата на острове Кюсю долгие годы сбрасывали в океан сточные воды, насыщенные ртутью. Прибрежные воды и рыба оказались отравленными, что привело к гибели местных жителей. Получили тяжелые психопаралитические заболевания сотни людей. Жертвы этой экологической катастрофы, объединившись в группы, не раз возбуждали дело против «Тиссо», правительства и местных властей. Минамата стал подлинной «промышленной Хиросимой» Японии, а термин «болезнь Минаматы» широко применяется теперь в медицине для обозначения отравления людей промышленными отходами. Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Свинец активно рассеивается в окружающей среде в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Французские исследователи установили, что дно Атлантического океана попадающим с суши свинцом на расстоянии до 160 км от берега и на глубине до 1610 м. Более высокая концентрация свинца в верхнем слое донных отложений, чем в более глубоких слоях, свидетельствует о том, что это результат хозяйственной деятельности человека, а не следствие длительного природного процесса. 1.8 Бытовые отходы В моря и океаны через реки, непосредственно с суши, а также с судов и барж попадают жидкие и твердые бытовые отходы (фекалии, отстойной шлам, отбросы).Часть этих загрязнений оседает в прибрежной зоне, а часть под влиянием морских течений и ветра рассеивается в разных направлениях. В поверхностном слое моря в огромных количествах развиваются бактерии - полезные, играющие важную роль в жизни нейстона и всего моря, и патогенные, возбудители желудочно-кишечных и других заболеваний. Бытовые отбросы опасны не только тем, что являются переносчиками болезней человека (главным образом кишечной группы - брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что содержат значительное количество кислородопоглощающих веществ. Кислород поддерживает жизнь в море, он - необходимый элемент процесса разложения органических веществ, поступающих в водную среду. Коммунальные же отбросы, поступающие в воду в очень больших количествах, могут значительно снизить содержание растворимого кислорода. В последние десятилетия особым видом твердых отбросов, загрязняющих океаны, стали пластмассовые изделия (синтетические пленки и емкости, пластмассовые сети). Эти материалы легче воды, а поэтому долго плавают на поверхности, загрязняют морское побережье. Серьезную опасность представляют пластмассовые отходы для судоходства: опутывая гребные винты судов, засоряя трубопроводы системы охлаждения морских двигателей, они не редко становятся причиной кораблекрушений. Известны случаи гибели крупных морских млекопитающих из-за механической закупорки легких кусками синтетической упаковки. Загрязняют моря, и особенно их прибрежные части, фановые и хозяйственно-бытовые сточные воды судов. Их количество постоянно увеличивается, так как возрастает интенсивность судоходства и суда становятся все более благоустроенными. Величина водопотребления на пассажирских судах приближается к показателям крупных городов и составляет 300-400 л на человека в сутки. В Северном море возникла реальная угроза гибели фауны и флоры из-за загрязнения нечистотами, выносимыми с материка реками. Прибрежные районы Северного моря очень мелководны; приливы и отливы в нем незначительны, что также не способствует самоочищению моря. К тому же на его берегах расположены страны с большой плотностью населения высокоразвитой промышленностью, и загрязнение района достигло крайне высокого уровня. Усугубляет экологическую ситуацию то, что в последние годы в Северном море интенсивно развивается добыча нефти. Бесхозяйственное, хищническое отношение к богатствам Мирового океана ведет к нарушению природного равновесия, гибели в некоторых районах океанической флоры и фауны, отравлению людей зараженными продуктами моря. 1.9 Тепловое загрязнение Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Разница не превышает естественных изменений температуры и поэтому не представляет опасности для большинства взрослых обитателей моря. Однако при заборе воды засасываются икра, личинки, молодь, обитающие в прибрежных водах. Они проходят через электростанцию вместе с водой для охлаждения, где неожиданно подвергаются воздействию высокой температуры, сниженному давлению, что оказывается для них губительным. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 30 кв. км. По этой и другим причинам было бы целесообразно размещать электростанции в открытом море, где можно забирать воду с более глубоких и прохладных слоев, менее богатых живыми организмами. Тогда, если электростанции атомные, была бы также снижена опасность последствий возможной аварии. Если электростанции работают на нефти и угле, то горючее могло бы доставляться судами прямо на станцию, тогда как береговая линия могла бы быть использована для непромышленных целей. Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообменном поверхностным и донным слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей. 2. Охрана вод мирового океана 2.1 Самоочищение морей и океанов Самоочищение морей и океанов - сложный процесс, при котором происходит разрушение компонентов загрязнения и включения их в общий круговорот веществ. Способность моря перерабатывать углеводороды и другие виды загрязнения небезгранична. В настоящее время многие акватории уже утратили способность к самоочищению. Некоторые заливы и бухты нефть, в больших количествах скопившаяся в донных отложениях, превратила практически в мертвые зоны. Существует прямая зависимость между численностью нефтеокисляющих микроорганизмов и интенсивностью нефтяного загрязнения морской воды. Самое большое число микроорганизмов выделялось в районах нефтяного загрязнения, при этом количество бактерий, растущих на нефти, доходит до миллиона на 1 л. Морской воды. Наряду с численностью микроорганизмов в местах постоянного нефтяного загрязнения растет и видовое разнообразие. Это, по всей видимости, можно объяснить большой сложностью химического состава нефти, различные компоненты которой могут потребляться только определенными видами микроорганизмов. Связь между численностью и видовым разнообразием микроорганизмов, с одной стороны, и интенсивностью нефтяного загрязнения, с другой - дает основания рассматривать нефтеокисляющие микроорганизмы как индикаторы нефтяного загрязнения. Микроорганизмы моря функционируют в составе сложного микробиоценоза, который реагирует на чужеродные вещества как на единое целое. Не многие виды организмов способны полностью разложить нефть. Такие формы выделяются из воды редко, и процесс деградации нефти не бывает интенсивным. Смешанное бактериальное «население» более эффективно разрушает нефть и отдельные углеводороды. К морским организмам, которые участвуют в процессах самоочищения, относятся моллюски. Различают два группы моллюсков. В первую входят мидии, устрицы, гребешок и некоторые другие. Их ротовое отверстие состоит из двух трубочек (сифонов). Через один сифон всасывается морская вода со всеми взвешенными в ней частицами, которые оседают в специальном аппарате моллюска, а через другой очищенная морская вода поступает обратно в море. Все съедобные частицы усваиваются, а непереваренные крупными комочками выбрасываются наружу. Плотное население мидий на площади 1 кв. м. Фильтрует за сутки до 200 м. куб. воды. Мидии - один из самых распространенных морских водных организмов. Крупный моллюск может пропустить через себя до 70 л. воды в сутки и таким образом очистить ее от возможных механических примесей и некоторых органических соединений. Подсчитано, что только в северо-западной части черного моря мидии профильтровывают за сутки более 100 км куб воды. Подобно мидии, питаются и другие морские животные - мшанки, губки, асцидии. У моллюсков второй группы раковина или закрученная, овально-конической формы (рапаны, литорины), или напоминает колпачок (морское блюдечко). Ползая по камням, сваям, причалам, растениям, днищам судов, они ежедневно прочищают огромные заросшие поверхности. Морские организмы (их поведение и состояние) являются индикаторами нефтяных загрязнений, т.е. они как бы осуществляют биологическое наблюдение за окружающей средой. Однако морские организмы не только пассивные регистраторы, но и непосредственные участники процесса естественного самоочищения среды. Известны около 70 родов микроорганизмов, включая бактерии, грибы, дрожжи, которые способны вступать в единоборство с нефтью. Им принадлежит важнейшая роль разложения нефти и углеводородов в море. Не менее значительная роль микроорганизмов в борьбе с пестицидами: накапливая в себе вредные продукты, бактерии сигнализируют о загрязнении морской среды. Вот почему так важно выяснить как можно больше таких организмов-индикаторов, получить предельно подробную информацию об их поведении в тех или иных условиях, об их состоянии в зависимости условий окружающей среды. Как выяснилось в последнее время, наиболее действенные в переработке пестицидов макрофиты - водоросли, растущие на небольших глубинах и у берега. В Мировом океане биота еще практически не нарушена: при внешних воздействиях, выводящих систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабевает. 2.2 Охрана морей и океанов Охрана морей и океанов должна проводиться не только физически, проводя различные исследования по очищению воды и внедрения новых методов и способов очистки, но должна основываться и на законодательствах и правовых документах, определяющих обязанности людей охранять морскую среду. В 1954 г. в Лондоне прошла международная конференция, ставившая целью выработать согласованные действия по охране морской среды от загрязнения нефтью. Впервые в истории человечества был принят международный правовой документ, определяющий государств охранять морскую среду. Международная конвенция 1954 г. по предотвращению загрязнения моря нефтью была зарегистрирована ООН. Дальнейшая забота об охране Мирового океана нашла выражение в четырех конвенциях, принятых на 1-й Международной конференции ООН по морскому праву в Женеве в 1958 г.: об открытом море; о территориальном море и прилежащей зоне; о континентальном шельфе; о рыболовстве и охране живых ресурсов моря. Эти конвенции юридически закрепили принципы и нормы морского права. Под открытом море подразумевается все части моря, не входящие ни в территориальные моря, ни во внутренние воды любого государства. Женевская конвенция об открытом море с целью предотвращения загрязнения морской среды и нанесения ей ущерба обязывает каждую страну разработать и ввести в действие законы, запрещающие загрязнять море нефтью, радиоактивными отходами и другими веществами. Международные конвенции сыграли определенную роль в предотвращении загрязнения морской среды, но в тоже время выявила и слабые места. В 1973 г. в Лондоне была созвана Международная конференция по предотвращению загрязнения моря. Конференция приняла Международную конвенцию по предотвращению загрязнения моря с судов. Конвенция 1973 г. предусматривает меры, предупреждающие загрязнение морей не только нефтью, но и другими вредными жидкими веществами, а также отходами (сточные воды, мусор судов и т.п.). Согласно Конвенции, каждое судно должно иметь сертификат - свидетельство о том , что корпус, механизмы и прочая оснастка находятся в исправном состоянии и не загрязняют море. Соответствие сертификатам проверяется инспекцией при заходе судна в порт. Конвенция устанавливает жесткие нормы содержания нефти в сбрасываемой танкерами воде. Суда водоизмещением более 70 тыс. т должны располагать емкостями приема чистого балласта - в такие отсеки нефть грузить запрещается. В особых районах полностью запрещен слив нефтесодержащих вод с танкеров и сухогрузных судов водоизмещением свыше 400 т. Все сбросы с них должны выкачиваться только на береговые приемные пункты. Все транспортные суда оснащаются сепарационными устройствами для очистки сливных вод, а танкеры - устройствами, позволяющими осуществлять мойку танкеров без слива нефтяных остатков в море. Для очистки и обеззараживания судовых сточных вод, в том числе хозяйственно-бытовых, созданы электрохимические установки. Береговые очистные сооружения, куда поступает отработанная вода с судов, не только очищают от загрязнения, но и регенерируют тысячи тон нефти. На судах помещаются установки для уничтожения шламов машинных отделений, отходов и мусора, опорожняемых в плавучие и береговые приемные устройства. Институт океанологии УАН разработал эмульсионный метод очистки морских танкеров, полностью исключающий попадание нефти в акваторию и обеспечивающий абсолютную чистоту танкеров после промывки. Добавка к промывной воде смеси нескольких поверхностно-активных веществ позволяет осуществить на самом танкере с помощью несложной установки очистку без сброса с судна загрязненной воды или остатков нефти с регенерацией ее для дальнейшего использования. С каждого танкера удается отмыть до 300 т нефти. Танкерные емкости очищаются так, что в них после нефти можно перевозить даже пищевые продукты. При отсутствии такой установки промывку на танкере можно осуществлять с помощью очистной станции, которая производит механизированную мойку емкостей из-под нефтепродуктов всех сортов по замкнутому контуру с помощью подогретого до 70-80 С раствора. Очистная станция также отделяет нефтепродукты от принимаемых с судов сточно-балластных вод, очищает от механических примесей и обезвоживает остатки нефти, отмывает от нефтепродуктов удаленную из цистерн ржавчину. В целях предотвращения утечек нефти совершенствуются конструкции нефтеналивных судов. Так, супертанкеры, вмещающие 150 тыс. т груза, имеют двойное дно. При повреждении одного из них нефть не выльется, ее задержит вторая внешняя, оболочка. Для отмывки топливных цистерн сухогрузов созданы плавучие очистные станции. Мощная водогрейная установка с двумя котлами нагревает воду до 80-90 С, и насосы перекачивают ее в танкеры. Грязная вода вместе с отмытой нефтью поступает обратно на очистную станцию, где проходит три каскада отстойников. И, вновь подогретая, опять, откачивается на мойку. При этом для подогрева используют нефть, извлеченную из грязной воды. Для систематической очистки портовых акваторий от случайных разливов и загрязнений нефтью применяются плавучие нефтесборщики и боновые заграждения. Нефтесборщики НСМ-4 повышенной морепроходимости рейдах с удалением от порта до 10 морских миль при волнении моря до способны очищать море от плавающих нефтепродуктов и мусора вдоль побережья и на открытых морских трех баллов и силе ветра до четырех балов. Боновые заграждения, предназначенные для локализации случайных разливов нефтепродуктов, как в акваториях портов, так и в открытом море, строят из стеклопластика, устойчивого при значительных скоростях ветра и течений. В ряде случаев целесообразно предотвращать растекание нефти не механическими (боновыми заграждениями), а физико-химическими методами. С этой целью по всему периметру нефтяного пятна ли только с подветренной стороны наносят поверхностно-активные вещества - нефтесобиратели. В случае крупной утечки для локализации нефтяного пятна одновременно используют механические и химические методы. Создан препарат пенопластовой группы, который при соприкосновении с нефтяным пятном полностью его обволакивает. После отжима пенопласт может использоваться повторно в качестве сорбента. Такие сорбенты очень удобны из-за простой технологии применения и невысокой стоимости. Однако массовое производство таких препаратов пока не налажено. В настоящее время разработаны сорбирующие средства на основе растительных, минеральных и синтетических веществ. Главное требование, которое к ним предъявляется, - непотопляемость. Собранные с водной поверхности, некоторые сорбенты после регенерации могут применяться повторно, другие подлежат утилизации. Имеются препараты, позволяющие собирать с поверхности воды до 90% разлитой нефти. Впоследствии их можно использовать для производства битума и других строительных материалов. Еще одно важное качество, которым должен обладать сорбент, - способность захватывать большое количество нефти. Пенопласты, полученные на основе сложных полиэфиров, за 5 мин поглощают количество нефти в 20 раз превышающее собственную массу. Эти вещества прошли успешные испытания в Одесском порту и при ликвидации последствий разлива дизельного топлива на заболоченной местности. Недостатком же их следует считать то, что ими нельзя пользоваться при волнении моря. После сбора разлитой нефти сорбентами или механическими средствами на поверхности всегда остается тонкая пленка, которую можно удалить диспергированием, т.е. разбрызгиванием н водную поверхность препаратов, под действием которых происходит распад нефтяной пленки. Диспергенты не извлекаются из воды, поэтому основным требованием к ним является их биологическая безопасность. Кроме того, они должны сохранить свои свойства при сильном разбавлении морской водой. Нефтяная пленка после такой обработки распределяется в толще воды, где подвергается окончательному разрушению в результате биохимических процессов, обуславливающих самоочищение. Оригинальный способ очистки воды от разлившейся нефти продемонстрировали американские ученые в Атлантическом океане. Под нефтяную пленку на определенную глубину опускается керамическая пластина. К ней подключается акустическая установка. Под действием вибрации нефть сначала скапливается толстым слоем над местом, где установлена пластина, а затем смешивается с водой и начинает фонтанировать. Электрический ток высокого напряжения, также подведенный к пластинке, поджигает фонтан, и нефть полностью сгорает. Если мощность акустической установки недостаточно велика, нефть лишь превращается в плотную массу, которую удаляют из воды механическим способом. Для удаления с поверхности прибрежных вод пятен масел ученые США создали модификацию полипропилена, притягивающего жировые частицы. На катере-катамаране из этого материала между корпусами установили своеобразную штору, концы которой свисают в воду. Как только катер попадает на пятно, нефть прочно прилипает к «шторе». Остается лишь пропустить полимер через валики специального устройства, которое отжимает нефть в специально приготовленную емкость. Однако, несмотря на некоторые успехи в поиске эффективных средств, ликвидирующих нефтяное загрязнение, о решении проблемы говорить рано. Только внедрением даже самых эффективных методик очистки от загрязнений невозможно обеспечить чистоту морей и океанов. Центральная задача, которую необходимо решать всем заинтересованным странам сообща, - предотвращение загрязнения. |