Научная статья на тему 'Технология ликвидации (локализации) на море, внутренних водах и на суше аварийных разливов нерастворимых, ограниченно растворимых химических веществ и других экологически опасных веществ'

Технология ликвидации (локализации) на море, внутренних водах и на суше аварийных разливов нерастворимых, ограниченно растворимых химических веществ и других экологически опасных веществ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
867
149
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
аварийный разлив нерастворимых веществ / методы очистки водной поверхности / методы ликвидации аварий / hazardous insoluble substances spills / methods of water surface cleaning / methods of accident liquidation

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Одарюк Виктория Андреевна

В статье приведены методы ликвидации (локализации) нерастворимых, ограниченно растворимых химических веществ и других экологически опасных веществ на море, внутренних водах и на суше.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Одарюк Виктория Андреевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Article shows the main methods of liquidation and localization technology of hazardous insoluble chemical and other ecologically dangerous substances spills in the sea, inner waters and in land.

Текст научной работы на тему «Технология ликвидации (локализации) на море, внутренних водах и на суше аварийных разливов нерастворимых, ограниченно растворимых химических веществ и других экологически опасных веществ»

Civil Securitiy Technology, Vol. 7, 2010, No. 1-2 (23-24)

УДК 628.16.081

технология ликвидации (локализации) на море, внутренних водах и на суше аварийных разливов нерастворимых, ограниченно растворимых химических веществ и других экологически опасных веществ

В. А. Одарюк Аннотация

В статье приведены методы ликвидации (локализации) нерастворимых, ограниченно растворимых химических веществ и других экологически опасных веществ на море, внутренних водах и на суше.

Ключевые слова: аварийный разлив нерастворимых веществ, методы очистки водной поверхности, методы ликвидации аварий.

Liquidation and Localization Technology of Hazardous Insoluble Chemical and other Ecologically Dangerous substances spills in the sea, Inner Waters and in Land

V. Odaruk Abstract:

Article shows the main methods of liquidation and localization technology of hazardous insoluble chemical and other ecologically dangerous substances spills in the sea, inner waters and in land.

Key words: hazardous insoluble substances spills, methods of water surface cleaning, methods of accident liquidation

Аварийный сброс загрязняющих веществ в водоемы — это крупномасштабное поступление в них высоких концентраций опасных химических веществ в результате нарушения технологий производства, разрушения блокировок очистных сооружений на промышленных объектах, разрывов продуктопроводов, транспортных аварий и пр.

При получении информации об аварии на водном объекте штаб ГОЧС субъекта Федерации или его административно-территориальной единицы организует работу в следующей последовательности:

— проводит предварительную оценку опасности аварийного сброса загрязняющего вещества;

— оповещает ответственное предприятие (организацию, учреждения), осуществляющее контроль за качеством воды в водном объекте;

— проводит прогноз сроков перемещения зоны высо-козагрязненных масс воды до пунктов водопользования водного объекта в контрольных створах наблюдения за состоянием качества воды;

— доводит результаты прогноза до местной администрации.

Для прогноза обстановки по факту аварийного сброса в водные объекты опасных химических веществ необходим предварительный сбор следующей информации:

— время начала и окончания аварийного сброса;

— общий объем или расход сброшенных (сбрасываемых) в водный объект опасных химических веществ;

— средняя глубина водоема по направлению возможного распространения высокозагрязненных масс воды и на выделяемых для его характеристики участках.

Ориентировочные максимальные концентрации АХОВ в заданном створе водоема (Стах мг/л) рекомендуется рассчитывать по формуле:

С = С T0t,

max а '

где Са-концентрация АХОВ в аварийном сбросе, мг/л, — безразмерный коэффициент, учитывающий поперечную дисперсию загрязняющего вещества в водотоке; в — безразмерный коэффициент, учитывающий продольную дисперсию загрязняющего вещества в водотоке; t — безразмерный коэффициент, учитывающий неконсервативность загрязняющего вещества.

Существуют такие жидкие системы, компоненты которых почти полностью нерастворимы друг в друге (вода-керосин, вода-ртуть и пр.), существуют и такие системы, компоненты которых обладают ограниченной взаимной растворимостью (вода-анилин, вода-фенол и пр.). Тяжелые металлы — ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк и пр. — относятся к категории распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Максимальные концентрации меди, кобальта, хрома, железа, цинка, кадмия, свинца и алюминия наблюдаются в Белом и Баренцевом морях — соответственно 80,0, 11,2, 815,2, 25640, 527,8, 0,74, 21,8, 11664 мкг/т сухого вещества. Большие массы этих веществ поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий.

Около половины годового промышленного производства ртути (9—10 тыс. т/год) поступает в Мировой океан со сточными водами. Среднее содержание ртути в морской среде составляет 5—10 ПДК. Максимальные концентрации — 20—40 ПДК наблюдались в Темрюкском заливе.

В морской воде ртуть представлена следующими основными формами:

HgCl42-(65,8%), HgCl2B22-(12,3%), HgCl3-(12%), HgCl2Br (4,3%), HgCl2(3,0%), HgClBr (1,1%), HgOHCl (0,2). Заражение морепродуктов приводит к ртутному отравлению прибрежного населения (болезнь Минамата), причиной чего служат отходы производства хлорвинила, ацетальдегида, на которых хлористую ртуть используют в качестве катализатора и пр.

Свинец — типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. С речным стоком при средней

концентрации свинца в воде 1 мкг/л в океан выносится около 40-103 т/год водорастворимого свинца, в твердой фазе речных взвесей — примерно 2800-103 т/год, в тонком органическом детрите — 10-103 т/год. Миграционный поток свинца с континентов в океан идет не только с речным стоком, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает 20—30-103 т свинца в год. Современный выброс свинца в окружающую среду с индустриальными и бытовыми отходами оценивается в (100—400)-103 т/год.

Кадмий, мировое производство которого достигает 15-103 т/год, также поступает в океан с речными стоками и через атмосферу. Объем атмосферного выноса кадмия составляет (1,7—8,6)-103 т/год.

Локализация тяжелых металлов, как и прочих загрязняющих веществ в поверхностном микрослое (толщиной до 300 мкм), обусловлена физико-химическими и экологическими особенностями тонкой поверхностной пленки на границе раздела океан-атмосфера, на которой концентрируются многие природные и привнесенные соединения с гидрофобными и поверхностно-активными свойствами. Накопление тяжелых металлов в поверхностном микрослое определяется возможностью их поступления из атмосферы в составе аэрозолей (ртуть, свинец) и способностью металлов к образованию металлоорганических комплексов, растворимых в поверхностных органических пленках. Концентрирующие свойства поверхностного микрослоя иллюстрируются данными непосредственных наблюдений в табл. 1.

Основными мерами по локализации и ликвидации нерастворимых и ограниченно растворимых веществ на воде являются:

— предотвращение дальнейшего сброса;

— постановка преград, препятствующих рассеиванию сброшенного вещества;

— отвод разлитого вещества или аварийного объекта в зону, удобную для проведения операций по ликвидации химических веществ;

— сбор разлитого вещества с поверхности воды;

— транспортировка собранных загрязняющих веществ на берег;

— ликвидация разливов с помощью физических и химических методов.

Основными способами ликвидации аварийных разливов химических веществ являются: механическое удаление плавающих фракций, обработка загрязненных участков

Таблица 1

распределение некоторых токсичных веществ между поверхностным микрослоем (60—100 мкм)

и морской водой

токсичное вещество Средства концентрации, мкг/л Коэффициент накопления В ПМС

ПМС (поверхностный микрослой) на глубине 50 см

ПХБ* 105± 15 0,1 ± 0,02 1050

Ртуть 2750± 110 0,5 ± 0,1 550

Свинец 2920± 180 13,5 ± 3,5 2200

Кадмий 120 ± 35 0,4 ± 0,1 300

Медь 235± 15 0,3 ± 0,1 800

Цинк 1020± 45 22 ± 4 470

* Полихлорированные бензолы.

См! Securitiy Technology, Vol. 7, 2010, N0. 1-2 (23-24)

водоема диспергентами, допущенными к применению природоохранными органами с целью многократного ускорения природного эмульгирования компонентов сточных вод в водоеме под воздействием волнения и течений. Выбор методов локализации и ликвидации разлива производится, исходя из условий разлива и реальных возможностей, определяющихся имеющимися силами и средствами, а также местными условиями, связанными с разрешением использования сжигания, применения диспергентов для защиты районов высокой экологической ценности.

Технологии и специальные технические средства, применяемые для локализации разливов химических веществ на воде, должны обеспечивать свое оперативное использование, а также надежное удержание разлива в минимально возможных границах. В зависимости от температуры, обстановки на море, масштабов разлива и состава его компонентов легкие продукты при благоприятных условиях фактически исчезнут с поверхности моря в течение 1—2 дней, остальные — видоизменяются, трансформируются, эмульгируют, подвергаются биологической деструкции.

Для сбора разливов химических веществ на воде механическими способами может быть запланирован:

— стационарный сбор (в открытом море или вблизи берега), при котором применяют боны для локализации и удаления разливов, начиная с источника разлива или на расстоянии от него;

— передвижной способ, при котором применяются забортные скиммеры.

В дополнение к скиммерам и бонам при этих технологиях требуются вспомогательные средства — емкости для хранения собранных жидкостей, насосы, оборудование для защиты и очистки побережья, воздушное судно для выполнения мониторинга, шланги, прокладки, разъемы, рабочие платформы для извлечения скиммеров и бон и пр.

Для локализации разливов химических веществ требуются ограждающие боны различного типа, характеристики которых, включая габариты и прочность, должны соответствовать поставленным задачам.

Боновые устройства по своему предназначению можно разделить на следующие группы: удерживающие, сорбционно-удерживающие, огнестойкие.

Для условий открытого моря и акваторий крупных морских портов используются боны из высокопрочных материалов с прочными синтетическими включениями. Для закрытых водоемов, рек и акваторий портов широко используются сверхлегкие ограждающие боны, которые изготавливаются из пропилена и не требуют отмывания после использования. Для локализации разливов АХОВ в водохранилищах, затонах, реках, акваториях портов, а также для оперативного ограждения судов при приеме топлива, при грузовых операциях предназначены боны постоянной плавучести.

Работа механических систем — скиммеров основана на различии физических свойств АХОВ и воды, которыми определяется возможность применения двух основных групп систем: гравитационные устройства, использующие различие в плотности АХОВ, и сорбци-онные, в которых используются свойства АХОВ налипать на поверхности либо впитываться некоторыми материалами. Все типы скиммеров включают узел для сбора АХОВ (плавающего или подвесного вида) и насос

для перекачки собранных АХОВ в емкость. При сборе значительного количества высоковязких АХОВ эффективно применяются вакуумные скиммеры.

Для сбора АХОВ и мусора с водной поверхности применяются специальные суда с установкой сборщиков АХОВ, среди которых барабанные скиммеры. Как правило, такие суда имеют направляющие захваты, устройство для грубой очистки с механизмом сбора и измельчения мусора, сборщик АХОВ, палубную рубку с пультом управления, корзину для сбора измельченных частиц мусора, емкость для временного хранения АХОВ. Эффективный сбор разлитых на водной поверхности АХОВ обеспечивает ленточный жесткощеточный конвейер, который монтируется на носу судна. Расчетная производительность сбора конкретных скиммеров достигается только в том случае, если пленка АХОВ имеет толщину порядка 10 мм (производительность сбора АХОВ будет равна 100%), то есть пленка АХОВ после разлива была сразу же ограждена бонами.

С целью повышения оперативности реагирования сборщиков АХОВ на их разливы в море по заказу МЧС России ОАО НПК «ПАНХ» совместно с ЗАО «Северное море» создают вертолетную технологию установки надувных боно-вых заграждений повышенной длины (до 600 м). Для вертолета Ми-8 разрабатывается, в частности, мобильная система, которая включает в себя боны и устройство, обеспечивающее подцепку их к вертолету, транспортирование на внешней подвеске на большие расстояния и оперативную раскладку на водной поверхности в зоне разлива.

Операция уничтожения остаточной пленки АХОВ внутри бонового заграждения может быть выполнена посредством вертолетного опрыскивателя подвесного (ВОП-3) емкостью 3 м3, который был разработан в 2001 г. НПК «ПАНХ» и принят на снабжение МЧС России.

Сорбенты — материалы, собирающие АХОВ с поверхности водоемов путем адсорбции и абсорбции (налипания и впитывания).

Главными требованиями, предъявляемыми к сорбентам, являются: безвредность для окружающей среды, сорбционная емкость, плавучесть, гидрофобность (сорбент не должен впитывать воду), возможность регенерации и повторного использования, доступная стоимость.

Сорбенты разделяются на три типа: неорганические, природные органические и искусственные органические. Выпускаются в виде полос, ковриков, матов, валиков, боновых заграждений, подушек и свободно разбрасываемого сорбента (табл. 2).

Из практики очистки водоемов известно, что для удаления фенолов с поверхности их в качестве сорбентов успешно используются основные типы промышленных углей — КАД. БАУ,ОУ, для полного удаления фенолов используется биосорбент, разработанный сотрудниками МФТИ. Для очистки воды от меди, никеля, свинца могут быть применены — известняк СаСО3, необожженный доломит — СаСО3•МgСО3, которые способствуют образованию основных углекислых солей или гидроокисей. При удалении ртути с поверхности водоемов используют сильнокислотные катиониты в Н- или №-формах.

Биосорбенты могут применяться как автономно, так и в сочетании с традиционными средствами механического сбора. Применение биосорбентов с помощью авиации позволяет начинать ликвидацию аварии

Таблица 2

характеристика сорбентов

№ п.п. наименование сорбента Пит- сорб турбо-сорб Пауэр-сорб бтк-1 нПМ- 3 Сорбойл усвр

1 Основа сорбента Торф Торф Нетканое полотно Торф Ткань с пропиткой ОПД-240 Торф, опилки, отходы Углеродная смесь

2 Внешний вид Крошка Рулон Крошка Крошка Мат Крошка Пух порошек

3 Плотность, г/ см3 0,16 0,11 — 0,06 — 0,25 0,01—0,001

4 Емкость поглощения, г/г 4 3,6 12 11 10 8 До 80

5 Водопоглощение, г/г 1,64 2,03 0,06 5,21 0,15 0,05

6 Токсичность Нетокс. Нетокс. Нетокс. Нетокс. Нетокс. Нетокс. Нетокс.

7 Способ утилизации Сжигание Сжигание Отжатие Сжигание Регенерация Сжигание Отжатие Регенерация Отжатие Регенерация

при ветре 25 м/сек., т. е. немедленно после разлива даже в штормовых условиях. Важно, что процесс биодеструкции АХОВ идет также в донных отложениях и береговой зоне, в том числе и в анаэробных условиях.

Диспергенты — это специальные химические вещества, которые превращают плавающую на поверхности пленку АХОВ в водорастворимую эмульсию в виде мелких капель, взвешенных в большом объеме воды, в результате чего ускоряются естественные процессы биологического разложения АХОВ. К диспергентам относятся различные растворители и вещества, образующие эмульсию, которые химически воздействуют на молекулы углеводородных соединений и изменяют их поверхностное натяжение.

Применение диспергентов целесообразно в тех случаях, когда не могут быть использованы механические средства сбора, при малой толщине пленки АХОВ (около 0,1 мм), при опасности воспламенения и взрыва разлитых АХОВ или при необходимости быстрой защиты экологически чувствительных и экономически важных участков побережья. Наиболее эффективно применение диспергентов при толщине пленки АХОВ в пределах от 0,2 до 1 мм.

В России для ликвидации разливов АХОВ с поверхности водоемов разрешено применение диспергентов марки ОМ-6, ОМ-84, «Корексит 9527» и ДН-75.

Работы по ликвидации крупного разлива АХОВ на грунте можно разделить на три этапа: локализацию разлитого пятна АХОВ, сбор АХОВ, рекультивацию земель.

Следует отметить, что четкой границы между перечисленными этапами нет, так как сбор разлитой нефти может быть проведен одновременно с технической и биологической рекультивацией земель.

Разливы АХОВ на любой площади от нескольких квадратных метров до сотен и тысяч квадратных метров покрываются гранулированным сорбентом вручную или с помощью специальных устройств. Реакция поглощения АХОВ сорбентом завершается, как правило, в течение нескольких минут или, в отдельных случаях, нескольких часов без дополнительного вмешательства операторов. Дозировка необходимого количества сорбента для ликвидации разлива легко определяется и составляет примерно 1/10 от массы разлива.

Сбор конгломерата разлитой АХОВ с сорбентом (шлама) с загрязненной поверхности производится с помощью ручных приспособлений (при небольших площадях раз-

лива) или с помощью специальной техники — сборщиков АХОВ (при значительных площадях разливов).

При небольших площадях разливов (если они произошли в отдаленных местах) наиболее целесообразным считается сжигание собранного шлама АХОВ на месте в мобильных установках с соблюдением всех требований экологической безопасности.

литература

1. Методика прогнозной оценки загрязнения открытых водоисточников аварийно химически опасными веществами в чрезвычайных ситуациях. М.: ВНИИ ГОЧС, 1996.

2. Водный кодекс Российской Федерации от 16 ноября 1995 г № 167-ФЗ (с изменениями от 30 декабря 2001 г, 24 декабря 2002 г, 30 июня, 23 декабря 2003 г, 22 августа, 29 декабря 2004 г, 9 мая, 31 декабря 2005 г)

3. Обоснование циклических нормативов химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования: Методические указания. М.: Федеральный центр Госкомэпидемнадзора Минздрава РФ, 1999 г

4. Постановление Правительства Российской Федерации «Об утверждении Положения о лицензировании отдельных видов деятельности в области охраны окружающей среды» от 26.02.1996 г № 198.

5. Основы государственной политики в области обеспечения химической и биологической безопасности Российской Федерации на период до 2010 года и дальнейшую перспективу. Утверждены Президентом Российской Федерации 04.12.2003 г № Пр-2194.

6. ГОСТ Р22.1.10 — 2002. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг химически опасных объектов. Общие требования.

7. Федеральный закон от 21.07.97 № 116. ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

8. Абрамов Ю. А., Вобликова М. И. и др. Справочник по защите населения от сильнодействующих ядовитых веществ. М., МЧС России, 1995. С. 295.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9. Комплект средств для анализа проб КСАП. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 094. 00.000 ТО 1991 г.

Сведения об авторе

Одарюк Виктория Андреевна, к.х.н., с.н.с., ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.