CC BY
275БАЛЛАСТНЫЕ ВОДЫ В СУДОХОДСТВЕ: ГЛОБАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Леонов В.Е.
д.т.н., профессор
Херсонская Государственная Морская Академия, Украина
Ермоленко Я.В.
Ст. преподаватель, Капитан Д.П.
Херсонская Государственная Морская Академия, Украина
BALLAST WATER IN SHIPPING: GLOBAL ECOLOGICAL PROBLEM Leonov V.Ye., Professor Kherson State Maritime Academy, Ukraine Yermolenko Ya.V, Senior Lecturer, Captain Kherson State Maritime Academy, Ukraine
АННОТАЦИЯ
В статье описана эколого—экономическая проблема переноса с балластными водами, используемыми при судоходстве, чужеродных организмов , которые приводят к переносу инфекций , болезнетворных организмов, разрушению морских экосистем, снижению запасов морепродуктов.
Приведен анализ научно-технических работ по защите морской среды от биологической инвазии балластными водами. На основании собственных научно-исследовательских работ авторы настоящей статьи разработали принципиально-новый, экономически обоснованный способ нейтрализации балластных вод от чужеродных организмов.
ABSTRACT
The article describes the ecological and economic problem of the transfer of foreign organisms with ballad water used in the shipping indu&ry, that lead to the transfer of infections, pathogens, detraction of marine ecosy^ems, re-duction in seafood production.
The analysis of the scientific and technical works on the protection of the marine environment from biological invasion by the ballad water. Basing on their own research work the authors of this article have developed a fundamen-tally-new, economically sound way to neutralize the ballad water from foreign organisms.
Ключевые слова: балластная вода, чужеродные организмы, судоходство, морская инвазия, седимент, остойчивость, ущерб, экосистема, обработка, нейтрализация, катализ, Международная Морская Организация (ММО).
Keywords: ballad water, foreign organisms, shipping, marine invasion, sediment, Sabil-ity, damage, ecosy^ems, treatment, neutralization, the International Maritime Organization (IMO).
• Постановка проблемы
На долю морского транспорта приходится более 80 % всех мировых транспортных перевозок, при которых ежегодно по всей Планете переносится водяной балласт.
Водяной балласт является незаменимым для безопасной и эффективной эксплуатации современного морского транспорта, обеспечивая остойчивость судов, совершающих плавание порожнем и в грузу.
Однако, балластные воды представляют серьёзную угрозу, как для окружающей среды и экономики, так и для здоровья людей, морской флоры и фауны [1, с.3-7].
Впервые понятие «биологическая, морская инвазия» возникло, когда в 1988 г. Канада проинформировала Комитет по Защите Морской Среды ММО о том, что в Великих озёрах обнаружены морские организмы, несвойственные данной экосистеме.
Перенос чужеродных морских организмов в новые для них природные условия с балластными водами судов определён Глобальным Экологическим Фондом , как один из наиболее существенных угроз Мировому океану.
• Анализ последних исследований и публикаций.
За последние десятилетия в связи с бурным развитием
судоходства участились случаи расселения живых организмов с помощью судов в самые различные районы Мирового океана. Перенос чужеродных организмов судами может осуществляться с его балластными водами и осадками.
По оценкам Международной Морской Организации ежегодный мировой оборот балластных вод составляет около 12 млрд. тонн.
Число видов, ежесуточно перемещаемых с водяным балластом, превышает 7000. Многие из гидробионтов не только
выживают в балластных водах, но и успешно адаптируются к новым условиям в портах и прилегающих акваториях при сбросе балласта.
Число натурализовавшихся видов катастрофически увеличивается, что приводит к необратимым последствиям. Каждое судно, перевозящее и сбрасывающее балластные воды, может рассматриваться как источник потенциальной опасности: 90% холерных заболеваний обусловлены именно переносом балластных вод.
Инвазия чужеродных организмов морскими судами уже привела к многочисленным экономическим убыткам и пагубным воздействиям на природную среду и на здоровье населения прибрежных районов.
Вселение североамериканского гребневика Mnemiopsis leidyi в Черное море в начале 80-х годов XX столетия привело к снижению запасов хамсы, экономическому ущербу.
Вселение моллюска Dreissena ро1утогрИа из Днепро-Буг-ского лимана в Великие Озера США в начале 90-х годов привело к экономическим потерям из-за обрастания систем охлаждения промышленных предприятий.
Вся отрасль марикультуры Новой Зеландии, занятая разведением моллюсков и ракообразных, была закрыта из-за потребляемых ими и вызывающих у людей отравление вселившихся токсичных микроводорослей-динофлагеллят.
В 1992 году Конференция ООН по окружающей среде признала данную проблему как серьёзную международную проблему и ММО в 1997 году издала Резолюцию двух своих комитетов: Комитета по Безопасности на Море и Комитета по Защите Морской Среды - «Руководство по аспектам безопасности, относящимся к замене водного балласта в море». Циркулярное письмо не является обязательным к
исполнению, оно носит скорее информационный характер. Поэтому в том же 1997 году была принята Резолюция ММО А.868(20) «Руководство по контролю и управлению балластными операциями на судах в целях сведения к минимуму переноса вредных водных организмов и патогенов», а в 2004 году ММО приняла текст «Международной Конвенции
0 контроле водного балласта и осадков судов и управления ими». Конвенция обязывает все коммерческие суда валовой вместимостью от 400 и выше выполнять определённые базовые требования, которые обеспечивают при сбросе водного балласта минимальную опасность причинения вреда окружающей среде и здоровью человека вследствие переноса вредных фито- и биоорганизмов. Согласно Конвенции на судне должен быть План управления водным балластом, в котором излагаются основные процедуры, связанные с управлением, удалением осадков в море, порту или сухом доке, процедуры по координации управления водным балластом с властями прибрежного государства или порта, в водах которого выполняются такие действия. На судне должен вестись Журнал операций с водным балластом, а судно и его соответствующее балластное оборудование подлежит периодическим освидетельствованиям для получения Международного свидетельства об управлении водным балластом.
Согласно требований Международной конвенции по борьбе с загрязнениями с судов MARPOL-73/78 [2, с.150-157] в части контроля и управления балластными водами и седиментами каждое судно должно иметь на борту подготовленный «План по управлению балластными водами» (BallaS Water Management Plan), а также иметь и вести журнал регистрации балластных вод. Положение В-4 в MARPOL-73/78 рекомендует замену балластных вод производить не ближе 200 морских миль до берега на глубине не менее 200 м, США и Канада - требуют на глубину не менее 2000 м. Бразилия предписывает перед сбросом производить обработку балластных вод на судне химическими препаратами на основе хлора.
В настоящее время Международной Морской Организацией подготовлено Приложение VII к МАРПОЛ-73/78, которое относится к вопросу безопасного управления водным балластом на борту судна.
Предложен новый стандарт для безопасного управления водным балластом.
Стандарт D-2 Международной Морской Организации предусматривает сброс балластной воды, которая должна соответствовать следующим требованиям:
< 10 жизнеспособных организмов размером > 50 мкм в
1 м3;
< 10 жизнеспособных организмов размером < 50 мкм и > 10 мкм в 1 мл;
Индикаторные микробы:
- Холерный вибрион - < 1 кое (колониеобразующая единица) в 100 мл или в 1 г зоопланктона;
- Кишечная палочка - < 250 кое в 100 мл;
- Пневматоз кишечника - < 100 кое в 100 мл.
Существующие в настоящее время методы управления
балластом можно условно разделить на три категории:
1) последовательный и проточный способы замены;
2) обработка на борту судна: механическая, физическая, химическая, комбинированная [3, с.124-136, 4, с.326-330 ,5, с.95-97];
3) изоляция.
Каждый из этих методов имеет свои положительные и отрицательные стороны, и в будущем эксперты предполагают обеспечивать сброс балласта в береговые или плавучие ёмкости с последующей их обработкой.
При замене балласта в море возможно возникновение опасных ситуаций, связанных с нарушением остойчивости судна или возникновением чрезмерных напряжений в конструктивных элементах корпуса. Поэтому такие операции должны проводиться только в соответствии с рекомендациями соответствующего классификационного общества при соблюдении определённых условий в отношении погоды, глубины моря, солёности.
Сброс балластных вод в морскую среду является потенциально опасным и острота данной проблемой отражена в Конвенции ООН по морскому праву 1982 года, статья 196 которой рекомендует «принять меры для предотвращения и сохранения под контролем загрязнение морской среды в результате преднамеренного или случайного введения организмов, чуждых или новых для морской среды, которые могут вызвать в ней значительные и вредные изменения».
В результате анализа и обобщения научно—технических и патентных материалов можно выделить следующие способы обработки балластных вод - Ballad Water Treatment (BWT) - и их нейтрализации:
1. Высокотемпературная деструкция.
2. Ультрафиолетовая обработка BWT.
3. Обработка хлор—содержащими соединениями.
4. Ультразвуковая обработка BWT.
5. Биологическая обработка BWT.
6. Физико—химическая обработка BWT.
7. Комбинированная обработка BWT.
8. Использование инертных газов при обработке BWT.
Однако перечисленные способы имеют существенные
недостатки:
* Низкая эффективность, высокие капиталовложения и затраты энергоресурсов (п.п. 1,8).
* Повторное загрязнение балластных вод (п.п. 3,5).
* Отрицательное воздействие на экипаж судна (п.п. 2,4).
* Низкая удельная производительность способов (п.п.
1-5, 8)
* Требование больших размеров рабочих производственных площадей и образование побочных соединений (п.п. 3,5, 8).
В настоящее время предложены технологии обработки и нейтрализации балластных вод.
Фирмой «Auramarine Cry^al Ballad» (Великобритания) разработан процесс очистки и обезвреживания балластных вод, включающий две стадии (рис. 1,2 ):
1) очистка от взвешенных веществ (седимент);
2) ультрафиолетовое обеззараживание (УФО).
Рисунок 1-Схема очисткии обеззараживаниябалластной воды 1 - автоматический фильтр; 2 - УФ-реактор; 3 - панель контроля за ходом процесса; 4 - AFC - расходомер; 5 - AFC -контроль длины волны
Рисунок 2 - Оборудование «Аигатаппе Сгуйа1 Ва11ай»
Производительность установки по балластной воде - В таблице 1 приведены характеристики различных мето-250-3000 м3/час, потребляемая мощность, тш/тах, - 20/38 дов обезвреживания балластных вод. - 240/462 (к^
Таблица 1
Характеристика методов обезвреживания балластных вод
DISINFECTION METHOD Ultraviolet Chlorine Ozone Oxygen Advanced Chemical
COMPARISON radiation generation generation removal Oxidation apply
Methcd Physical Chemical Chemical Suffocation Chcmica! Chemical
Pretreatrrent Yes Yes/No No No Yes Yes/No
Operat oncost Medium Low Htfh Hiflti High Hiph
Maintenance ccst Low Medium Htfh Low Huh Low
Maintenance 'requency 1 ow Medium High Low Medium low
Disinfection performance Excellent Good Unpredictable Unp-edictable Excellent Good
Contact time 1-5 seconds 15-45 min. 5-10 mm. 48-96 hours 1-5 seconds 15-180 mm.
Toxic chemicals No Yes Yes No Yes Yes
Water chemistry changes No Yes Yes Yes Yes Yes
Immediate discharge Yes No No No No No
Из приведённых данных в таблице 1 следует, что боль- Ниже приведена принципиальная схема работы установ-
шей эффективностью, низкими экономическими издержка- ки УФО (рис. 3) и принципиальная схема очистки и обезвре-
ми и высоким индексом экологической безопасности обла- живания балластной воды (рис. 4). дает процесс ультрафиолетовой обработки.
Рисунок 3 - Установка УФО-обработки балластной воды
2. Группа гидроциклонов ГЦМ
3. Фильтрующие устройства ЭАКТО^им
4. УФ лампы
5. Очищенная балластная вода
6. Сброс седимента
Рисунок4 -Схемаочистки иобезвреживаниябалластнойводы
Схема балластировки - дебалластировки в процессе очистки и обезвреживания балластной воды приведена на
рисунке 5.
2. 3,4 - фильтры;5 - УФО;6 - Сброс седимента; Т -танки. закрыт; X - открыт. Рисунок 5- Схемабалластировки(А),дебалластировки(В) иочисткибалластнойводы.
Правовая основа по осуществлению контроля судов в портах изложена в конвенциях Международной Морской Организации и Международной Организации Труда (МОТ) , SOLAS-74, ПДМНВ-78, МАРПОЛ-73/78, Международной конвенции о грузовой марке, Международной конвенции по обмеру судов , Конвенции МОТ № 147.
• Нерешенные проблемы
На основании выполненного анализа технической и патентной литературы по вопросу обработки балластных вод - BWT - необходимо выделить следующие нерешенные проблемы:
1. Низкая селективность обезвреживания балластных вод используемыми физическими инициаторами и химическими реагентами.
2. Низкая производительность обезвреживания балластных вод.
3. Высокие затраты условно-переменных и условно-постоянных составляющих экономических показателей предлагаемых технологий обезвреживания.
4. Высокие капиталовложения, себестоимость, низкая рентабельность процесса обезвреживания балластных вод.
5. Отсутствуют технические решения по оптимальному осуществлению процесса обезвреживания балластных вод непосредственно на борту судна.
• Цель статьи
Разработать и рекомендовать к практической реализации на морских судах способы обработки балластных вод BWT, позволяющих решить следующие основные проблемы:
1. Снизить и/или исключить «морскую биологическую инвазию»с судовыми балластными водами.
2. Создать экономически обоснованную и экологически безопасную технологию BWT на морских судах.
3. Снизить энергоматериальные затраты при обработке балластных вод BWT.
4. Разработать простую и безопасную технологию обработки балластных вод BWT применительно к условиям морских грузоперевозок при выполнении штатного рейса.
5. Предложить разработанные способы обработки балластных вод для практической реализации BWT Комитету Защиты Морской Среды (МЕРС), Комитету по Международному Научно—Техническому Сотрудничеству Между -народной Морской Организации.
• Изложение основного материала
Научно—исследовательские, опытно—конструкторские работы, проводимые нами, включают три основные направления, отличные от известных научно—технических и патентных материалов, а именно:
1. Реализация безбалластных морских логистических перевозок, что позволит исключить процедуры морских систем балластировки—дебалластировки и, соответственно, исключить «морскую инвазию».
2. Разработка технологии обезвреживания балластных вод непосредственно на борту судна, отвечающей требованиям ресурсосбережения, экономической эффективности и экологической безопасности.
3. Разработка эффективных нейтрализаторов чужеродных организмов в балластных водах, не приводящих к повторному загрязнению морской воды и не представляющих опасность для экипажа судна.
В настоящее время большое количество балласта перевозится танкерами из портов Европы в Персидский залив, где имеет место значительный дефицит пресной воды. В Саудовской Аравии используются опреснители, разрабатываются проекты буксировки в этот район айсбергов из Антарктиды, а в это время значительная провозная способность танкеров, приходящих в этот район не используется.
Технически вполне осуществимо заполнить балластные танки пресной водой и доставить ее как коммерческий груз, а после ее выгрузки принимать на борт нефть. Для накопления пресной воды в портах погрузки и выгрузки целесообразно использовать плавучие емкости, которые обладают высокой мобильностью.
Запасы природной пресной воды (1111В) характеризуются индексом дефицита 1111В. который определяется по формуле:
д _ Агашддаа еа(ёа
Апдапдаан а 11 пешка .
По отдельным странам Персидского залива индекс дефицита «Д» ППВ имеет следующие показатели:
Саудовская Аравия - 7
ОАЭ - 15
Кувейт - 20, из которых следует, что
наибольший дефицит ППВ приходится на Кувейт и ОАЭ.
Дефицит пресной воды пополняется ресурсами воды, полученной в результате сложной и дорогостоящей технологии опреснения морской воды Персидского залива.
По качеству получаемая таким образом пресная вода отвечает требованиям на техническую воду.
Район Персидского залива является мировым лидером по добыче и экс-порту нефти, млн. баррелей в сутки:
Саудовская Аравия* - 8,19
Иран - 3,70
Ирак - 2,40
ОАЭ - 2,31
Кувейт - 2,30
*)Примечание: приведены данные за 2013 г.
Из африканских стран в Нигерии наблюдается острый дефицит ППВ: Д >10.
Добыча нефти в Нигерии - 2,06 млн. баррелей в сутки.
Применительно к танкерному флоту разработана технология загрузки грузовых танков ППВ, грузовая система которого приведена на рисунке 6.
1 - продольные, 2 - поперечные переборки; 3 - приемные отростки всасывающей магистрали; 4 - клинкеры; 5 - перемычка; 6 - магистральные трубопроводы всасывающей магистрали; 7 - приемник разгрузочной магистрали; 8 - фильтры; 9 - стояки, 10 - магистральные трубопроводы разгрузочной магистрали; 11 - вертикальные трубы; 12 - насосы; 13 - балластный трубопровод; 14 - кингстон.
Рисунок 6 - Грузовая система танкера
С целью повышения коэффициента полезного действия, энергетической эффективности судна в работе [6, с.171] предложено проводить практически безбалластные рейсы. В качестве примера: из ОАЕ в танкере перевозится нефть в Европу, США, Японию, Китай а в обратный рейс в ОАЕ тан-
кер загружается природной пресной водой. По технологиям, приведённым в работах [3, с.137-147, 4,с.337-340 ],, нефте-содержащая вода очищается от углеводородов, в результате чего получается вода - хозяйственно-бытового (рис.7) или питьевого назначения (рис.8) [7].
Рисунок 7 - Очистка ППВ из грузовых танков нефтеналивного танкера для хозяйственно-бытовых и питьевых целей.
Рисунок 8 - Очистка ППВ из изолированных балластных танков для получения воды питьевого назначения.
На основании выполненных научно-исследовательских и опытных работ предлагается к практической реализации технология очистки и обработки балластных вод BWT, включающая следующие стадии обработки балластных вод [8, с. 3]:
1. Физическая очистка балластных вод от взвешенных веществ в порту выгрузки, достигаемая степень очистки от взвешенных веществ (ВВ) а > 99,99 %, седиментационый диаметр оставшихся взвешенных веществ dc < 5 мкм.
2. Приготовление эффективного реактанта обезвреживания балластных вод с помощью гетерогенно - каталитических «гей-охЪ> - процессов газообразных сред.
3. Гетерогенно - каталитическая обработка балластных вод в «мягких» температурных режимах.
4. Финишная ультрафиолетовая обработка балластных вод с обеспечением необходимого уровня безопасного качества балластных вод по показателям - химическое поглощение кислорода (ХПК), биологическое потребление кислорода (БПК5), колииндекс.
5. Тонкая фильтрация обезвреженных балластных вод.
Стадия (1) выполняется на береговых очистных сооружениях в процессе выгрузки судна, стадии (2-5) - непосредственно на борту судна в процессе штатного рейса. Принципиальная схема очистки и обезвреживания балластных вод приведена на рисунке 9.
В работе [9, с. 121] сформулированы требования к катализаторам [К1,2], используемым в реакторных аппаратах (5, 6). Взвешенные вещества после первой стадии очистки (10) поступают на шаровую мельницу (11), после которой измельченные взвешенные вещества передают в качестве питательной среды на поля для преобразования в гуммус (рис. 9). Бал-ластную воду обрабатывают непосредственно на борту судна согласно стадий (2-5) и получают очищенную обеззараженную балластную воду, которая по прибытии судна в порт направляется в береговую или плаву-чую емкость (6) для последующей коммерческой реализации в качестве балластных вод для порожних судов или других целей.
Рисунок 9 - Принципиальная схема очистки и обезвреживания балластных вод [8]
В патенте [10, с.5] предложен эффективный деструктор чужеродных организмов, содержащихся в судовых балластных водах. Степень обезвреживания балластных вод составляет 99,99 %. Высокие избирательность процесса, скорость обезвреживания в совокупности с низкой ценой нового деструктора и его доступность создают достаточно высокую основу для его практического внедрения на судах морского флота.
• Выводы и предложения
Таким образом, выполнен анализ влияния балластных вод на изменение состояния качества морской среды, нарушение экологического равновесия и, как следствие, изменение качества и состава биофито планктона. На основании научно-исследовательских и опытных работ разработаны технические предложения по очистке и обезвреживанию балластных вод, удовлетворяющих требованиям качества Международной Морской Организации.
В результате с целью реализации на судах морского флота способов обезвреживания балластных вод предлагается следующее:
1. Под эгидой ММО провести испытания процессов обезвреживания балластных вод на выделенном для этих целей судне.
2. Экспертной группе ММО выбрать наиболее эффективные, простые, стабильные и дешевые способы обезвреживания балластных вод на судах.
3. Разработать Технико—Экономический Доклад выбранных по п.2 способов обезвреживания балластных вод с целью выбора наиболее оптимального, экономически эффективного и экологически безопасного.
4. Разработать проектную документацию на технологию обезвреживания балластных вод применительно к условиям морского транспорта, согласовать и утвердить ее специальными Комитетами ММО.
5. Укомплектовать судно необходимым оборудованием, средствами контроля и управления, провести испытания и отработку технологии обезвреживания балластных вод в реальных условиях морского транспорта.
Литература
1. Аладдин Н.В., Плотников И.С., Смуров А.О. Балластная вода—это требующая решения серьезная проблема. Материалы тезисов докладов Clean Baltic Sea Shipping Russian Seminar I, 17-18 октября 2012., Мальме, Троллеборг, Швеция.
2. Международная Конвенция по предотвращению загрязнения с судов, МАРПОЛ 73/78,--London (UK) : IMO. 2010.-- 488p.
3. Леонов В.Е., Шерстюк В.Г., Бень А.П. Технолопя очищення слчних вод з метою захисту пдросфери: Моно-графiя. За редакщею д.т.н., професора Леонова В.£. -Херсон: ПП Вишемирський В.С. 2008—152 с.
4. Дмитриев В.И., Леонов В.Е., Химич П.Г., Ходаковский В.Ф., Куликова Л.Б. Обеспечение безопасности плавания судов и предотвращение загрязнения окружающей среды. : Монография. Под редакцией профессора В.И. Дмитриева, профессора В.Е. Леонова.—Херсонская Государственная Морская Академия—Государственный Университет Морского и Речного Флота имени адмирала С.О. Макарова. Херсон : ВЦ ХДМА. 2012.—397 с.:рус.яз.
5. Леонов В.Е., Соляков О.В., Химич П.Г., Ходаковский В.Ф. Обеспечение экологической безопасности судоходства.: Монография. Под редакцией профессора В.Е. Леонова.-- Херсонская Государственная Морская Академия—Государственный Университет Морского и Речного Флота имени адмирала С.О. Макарова. Херсон : ВЦ ХДМА. 2014.—188 с.:рус.яз.
6. Леонов В.Е., Лошкарев А.Г. Эффективная эколого— экономическая технология доставки природной пресной воды вместо балласта морским транспортом. Збiрка наук. Праць Мiжн. Науково—практич. Конф. МЮТТ—2012. Херсон: ВЦ ХДМ1. 2012.—Том II. С. 169—171.
7. Леонов В.Е. Проблемы безопасного судовождения и охраны морской среды: балластные воды и их обработка. Современные проблемы гидробиологии. Перспективы, пути и методы решений. Материалы III Ме-ждународной научной конференции . Херсон: ПП Вишемирський В.С. 2012.—с. 16-22.
8. Леонов В.£., Ермоленко Я.В. Споаб знешкоджен-ня баластних вод Патент Украши на корисну модель №85579.25.11.2013. Бюл. №22.
9. Леонов В.Е. Санитарная очистка отработавших газов судовых энергетических установок. Науковий Вюник ХДМ1. Науковий журнал.- Херсон: ВЦ ХДМА. 2014
- с.119—123.
10. Леонов В.£., Ермоленко Я.В. Споаб знешкодження суднових баластних вод Патент Украши на корисну модель №99354. 25.05.2015. Бюл. №10.
