CC BY
30
- © Н.В. Земляная, А.И. Агошков,
К.С. Голохваст, В.П. Лушпей, Ю.А. Васянович, 2014
УДК 628.2(075.8)
Н.В. Земляная, А.И. Агошков, К.С. Голохваст, В.П. Лушпей, Ю.А. Васянович
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ В МОРСКИХ АКВАТОРИЯХ ПРИ СБРОСЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ В СЕТИ ВОДООТВЕДЕНИЯ
Предлагаются основные расчетные зависимости для струи технологических сбросов, загрязненной нефтепродуктами. Для локализации пятна, и применения тех или иных способов нейтрализации чрезвычайной ситуации предлагаются критериальные соотношения, отделяющие струи, распространяющиеся по поверхности акватории от струй, вовлекаемых на дно.
Ключевые слова: нефтепродукты, аварийный сброс, водоотведение.
В практике эксплуатации систем водоотведения (производственная, дождевая и бытовая канализация) нередко возникают аварийные ситуации, связанные со сбросом нефтепродуктов в сборные коллекторы.
Чрезвычайные ситуации такого рода вызывают крайне негативные последствия в сооружениях очистки сточных вод и в водных объектах.
Сброс нефтепродуктов, сделанный предприятием-абонентом, обнаруживается эксплуатирующей сети водоотведения организацией достаточно легко по остаткам нефтепродуктов в колодцах и сетях. Действующие законодательные акты (Федеральный закон о водоснабжении и водоотведении ФЗ № 416-ФЗ от 7.12.2011 г., постановление правительства РФ № 167 от 12.02.199 г., постановление губернатора Приморского края №7-пг от 22.01.2008 г.), при обнаружении источника аварийной ситуации, позволяют с виновника взимать платежи, компенсирующие ущерб водным объектам и эксплуатирующей организации.
Практически невозможно обнаружить сбросы в коллекторы уличной сети, которые осуществляются довольно часто из автотранспортных средств, перевозящих нефтепродукты.
Появление нефтепродуктов на очистных сооружениях биологической очистки вынуждает персонал сооружений делать аварийный сброс неочищенных сточных вод в моря и реки, как правило, в черте населенных пунктов. Если такой аварийный сброс по каким-либо причинам не может быть сделан, сточные воды с нефтепродуктами поступают на очистные сооружения. При эксплуатации очистных сооружений биологической очистки довольно большой промежуток времени занимает пусковой период, в течении которого набирается необходимый объем зооглейных скоплений бактерий, ответственных за процесс минерализации органических веществ. Эти скопления носят название - активный ил. При сбросе нефтепродуктов неприспособленные к их окислению бактерии гибнут, и очистные сооружения выходят из строя на 3-4 месяца, пока не будет выращен новый здоровый активный ил.
К сожалению, создание системы обнаружения виновника возникновения чрезвычайной ситуации подобного рода является достаточно трудной задачей, поэтому действия эксплуатирующей очистные сооружения организации должны сводится к максимально быстрой локализации пятна загрязнения на поверхности моря и его нейтрализации.
Цель предлагаемой работы - определение размеров области загрязнения при сбросе нефтепродуктов через сети водоотведения.
Сброс нефтепродуктов вместе с городским стоком образует в толще морской движущейся среды одно из следующих видов течения: распространение струи в сносящем потоке, радиальная струя на поверхности моря, струя с циркуляционными зонами, показанные на рис. 1 [2]. В стратифицированном по глубине морском потоке силы Архимеда могут превышать силы инерции осредненного струйного движения и энергию турбулентности, тогда струя не выходит на поверхность и реализуется затопленный вариант распространения сбрасываемого через выпуск расхода сточных вод и нефтепродуктов (рис. 2).
Струя в сносящем потоке (тип «а») образует на поверхности моря узкую полосу загрязнения, которая распространяется с углом 2-3 градуса в том случае, если ветер, формирующий дрейфовые течения имеет постоянное направление. Размеры струи на поверхности в этом случае для двумерного стационарного потока рассчитываются исходя из решения уравнения.
Рис. 1. Возможные схемы растекания струи в море: а - струя в сносящем потоке; б - струя, бьющая в препятствие без образования циркуляционных зон; в - струя, бьющая в препятствие с образованием циркуляционных зон; г - струя, бьющая в препятствие с образованием циркуляционных зон, распространяющихся на всю глубину слоя
Рис. 2. Распространение струи: а — с вовлечением слоя скачка в движение, б - без вовлечения
дС
дх ду I у ду
К.
дС }
(1)
где и — скорость морских течений, С — концентрация примеси, Ку - коэффициент горизонтальной диффузии.
Для коэффициента турбулентной диффузии, независящего от масштаба явления (Ку = const), решение для скорости на оси струи имеет вид
С = Се kterf
4Sx
(2)
Ь
где С0 - концентрация примеси в линейном источнике шириной
12К
Ь, 8 - безразмерный параметр 8 =-0, К0 - коэффициент
иЬь
горизонтальной диффузии для масштаба явления, равного ширине источника.
Тип растекания по схеме «б» формирует круглое пятно, в котором загрязненная вода, растекается по поверхности моря слоем небольшой толщины и всплывающие нефтепродукты аккумулируются на поверхности моря.
Условия перехода от схемы растекания «а» к схеме «б» были определены экспериментально. Параметризация процесса, выполненная с помощью анализа размерностей, показала, что критерием перехода от одной схемы к другой является критерий
5 = (Н\ - К)UsPs . (3)
ё0 ^Ро^п 6 '
Для турбулентной неплавучей струи, для которой плотно-стное число Фруда
2
Ргр= (Р . > 20, (4)
З^о (5 -Ро )
где и0 — скорость выхода струи из оголовка выпуска, д0г диаметр выпускного отверстия, р5 — плотность морской воды, р0 — плотность сточной воды, струя от формы «а» переходит к форме «б» при значении параметра
5 > 1,15. (5)
На рис. 3 представлены результаты экспериментальных исследований для определения «переходного» значения критерия 5. Штриховая линия отделяет струи в сносящем потоке от всех остальных схем течения.
Б
3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
♦ «
♦ ♦
♦ ♦
« □ —Д [Р • ♦
■ ■ ■
• в "а" □ в "б,в,г"
0 10 20 30 40 50 60
номер опыта
Рис. 3. Связь условий перехода распространения струи от схемы «а» к схемам «б», «в», и «г» с параметром Б
Для струи с эффектами плавучести критериальное соотношение приобретает вид
5 > 1,15 +15. (6)
Образование пятна загрязнения на поверхности моря можно наблюдать при выпуске сточных вод в г. Владивостоке на м. Чумак (Первореченский выпуск) по данным аэрофотосъемки (рис. 4). Расчет условий этого выпуска подтверждает образование струи с циркуляционными зонами, достигающими дна.
Для нейтрализации пятна нефтяного загрязнения необходимы предварительные знания о его размерах на поверхности моря. Очевидно, что струи в сносящем потоке и радиальные струи выносят нефтепродукты на поверхность. Размер таких пятен может быть рассчитан по данным работ [1,
5]. Гораздо сложнее определит область поражения при реализации схемы с во-до воротными зонами. Здесь нефтепродукты могут быть увлечены в глубинные слои морского потока и их нейтрализация должна быть осуществлена иными методами.
Сброс нефтепродуктов совместно с неочищенными
Рис. 4. Пятно красителя на поверхности моря, сброс в районе м. Чумак, Амурский залив, черные точки — чайки
сточными водами имеет несколько негативных эффектов с точки зрения их влияния на окружающую среду. Находясь в сильно турбулизированном потоке жидкости в сбросных трубопроводах и, чаще всего, перекачиваемая насосами смесь неочищенных сточных вод и нефтепродуктов эмульгирует под воздействием процессов турбулентной диффузии [3]. Этому процессу также способствует содержание в воде взвешенных частиц. Как отмечается в ряде источников, эмульгирование нефти является более сильным процессом загрязнения толщи морской воды по сравнению с растворением углеводородов. Нефтяные эмульсии могут образовывать устойчивые агрегаты, которые содержат до 80 % воды. На нефтяных агрегатах разрастаются колонии микроорганизмов, которые утяжеляют и погружают их на дно акваторий [3].
Представленный механизм образования донных нефтесо-держащих осадков, очевидно, реализовался при сбросе в бухту Золотой рог неочищенных городских сточных вод со стоком р. Объяснение. Концентрации нефтепродуктов достигает в этой бухте 21,44 мг/г [4]. В Российском законодательстве предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в донных осадках не нормируются. Допустимые концентрации загрязняющих веществ в донных отложениях в соответствии с зарубежными нормами (New Niderlandische Liste. Altlasten Sectrum 3/95) составляют 0,05 мг/г. Таким образом концентрации нефтепродуктов в донных осадках б. Золотой Рог превышают допустимые в 430 раз.
Для сбора нефтепродуктов с морской поверхности могут быть использованы сорбенты, такие как разработанный в ЗАО «Блокформ» сорбент марки Уремикс-913, предназначенный для очистки окружающей среды от загрязнения нефтепродуктами.
Для нейтрализации эмульгированных нефтяных частиц, целесообразно использовать препараты — нефтедеструкторы, например типа «Родер», для биоремедиации углеводородных загрязнений. Препараты такого вида целесообразно добавлять в аварийный сброс.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Земляная, Н.В. О роли начального разбавления в задачах переноса загрязняющих веществ в мелком море / Н.В. Земляная, В.А. Зверева // Водные ресурсы, № 6, 1986. - С. 57 — 64.
2. Земляная, Н.В. Исследование процесса начального разбавления сточных вод в мелких морях / Н.В. Земляная, В.А. Зверева. // Водные ресурсы, № 5, 1983. - С. 98 — 103.
3. Измайлов, В.В. Трансформация нефтяных пленок в системе океан-лед-атмосфера. / В.В. Измайлов. — Ленинград: Гидрометеоиздат, 1988. -144 с.
4. Наумов, Ю.А. Антропогенез и экологическое состояние геосистемы прибрежно-шельфовой зоны залива Петра Великого Японского моря. / Ю.А. Наумов — Владивосток: Дальнаука, 2006. - 300 с.
5. Об утверждении Методики разработки нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей: приказ МПР РФ № 333 от 17.12.2007 г. НЕЕ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Земляная Нина Викторовна — доктор технических наук, профессор, nina-z@list.ru,
Агошков Александр Иванович — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, bgdtsdvfu@mail.ru,
Голохваст Кирилл Сергеевич — кандидат биологических наук, доцент, golokhvast.ks@dvfu.ru,
Лушпей Валерий Петрович — доктор технических наук, профессор, lvp-2012@mail.ru,
Васянович Юрий Анатольевич — доктор технических наук, профессор, vasyanovich_2011@mail.ru,
Дальневосточный федеральный университет, Инженерная школа.
EMERGENCY SITUATIONS IN OFFSHORE ZONES IN CASE OF OIL PRODUCTS DUMPING IN WATER DISPOSAL SYSTEMS
Zemlyanaya N.V., Doctor of Technical Sciences, Professor, nina-z@list.ru,
Agoshkov A.I., Doctor of Technical Sciences, Professor, head. the Department,
bgdtsdvfu@mail.ru,
Golokhvast K.S., Candidate of Biological Sciences, Professor, golokhvast.ks@dvfu.ru, Lushpey V.P., Doctor of Technical Sciences, Professor, lvp-2012@mail.ru, Vasyanovich Y.A., Doctor of Technical Sciences, Professor, vasyanovich_2011@mail.ru, Far Eastern Federal University, school of Engineering.
In article the basic settlement correlations for the stream of technological reset polluted by oil products are offered. For spot localization, and usage of either ways of neutralization of an extreme situation are offered the relationships which separate the streams spreading on a surface of water area from streams, involved on a streams bottom.
Key words: oil product, technological reset, water disposal.
REFERENCES
1. Zemljanaja, N.V. O roli nachal'nogo razbavlenija v zadachah perenosa zagrjaznja-jushhih veshhestv v melkom more (On the role of initial dilution in problems of transport of contaminants in the shallow sea) / N.V. Zemljanaja, V.A. Zvereva // Vod-nye resursy, No 6, 1986, pp. 57-64.
2. Zemljanaja, N.V. Issledovanie processa nachal'nogo razbavlenija stochnyh vod v melkih morjah (Study of the process of initial dilution of wastewater in shallow seas) / N.V. Zemljanaja, V.A. Zvereva. // Vodnye resursy, No 5, 1983, pp. 98—103.
3. Izmajlov, V.V. Transformacija neftjanyh plenok v sisteme okean-led-atmosfera (Transformation of oil films in the system of the ocean-ice-atmosphere) / V.V. Izmajlov. — Leningrad: Gidrometeoizdat, 1988, 144 p.
4. Naumov, Ju.A. Antropogenez i jekologicheskoe sostojanie geosistemy pribrezhno-shel'fovoj zony zaliva Petra Velikogo Japonskogo morja (Anthropogenesis and ecological state of geosystems coastal zone of Peter the Great Bay, sea of Japan) / Ju.A. Naumov — Vladivostok: Dal'nauka, 2006, 300 p.
5. Ob utverzhdenii Metodiki razrabotki normativov dopustimyh sbro-sov veshhestv i mikroorganizmov v vodnye ob#ekty dlja vodopol'zovatelej: prikaz MPR RF No 333 ot 17.12.2007.
