3.1.2. Активная инженерная защита
Как отмечалось ранее, наиболее эффективно предупредить или свести к допустимому минимуму конструктивными мероприятиями любые воздействия на ОС. Однако это далеко не всегда возможно. Поэтому наряду с конструктивной защитой используется активная защита [16].
Под активной защитой будем понимать мероприятия по ликвидации или существенному ослаблению воздействия судна на ОС, требующие использования специальной технологии, систем и оборудования. Активная защита используется для борьбы со всеми видами загрязнения ОС.
Выбор того или иного судового оборудования активной инженерной защиты ОС производится судовладельцем согласно Международным и Национальным требованиям, предъявляемым к экологической безопасности судов в выбранном районе плавания.
В соответствии с этими требованиями оборудование активной защиты делится на судовое и внесудовое.
Судовое оборудование активной защиты
окружающей среды
Судовое оборудование очистки НВ. Практически все суда, совершающие международные рейсы, оснащены оборудованием для очистки нефтесодержащих вод с приборами контроля и системой управления запорными клапанами. В каждом конкретном случае тип очистного оборудования выбирает судовладелец, исходя из условий эксплуатации и соображений экономики.
По принятой международной технологии все оборудование ОНВ делится на сепарационное и фильтрующее 16.
Под этим подразумевается, что в составе установок ОНВ должны быть два основных блока:
сепараторы, обеспечивающие предварительную очистку до 100 мг/л;
фильтры, обеспечивающие вторичную очистку до 15 мг/л, и дополнительные устройства, обеспечивающие глубокую очистку.
Сепараторы, используемые на судах, классифицируются по методу разделения воды и нефти на гравитационные, флотационные и центробежные.
Гравитационный способ очистки НВ наиболее экономичен, так как не требует сложного оборудования и нетрудоемок при выполнении, но он не обеспечивает стабильного качества очистки. Поэтому в последние годы применение сепараторов этого типа как самостоятельного средства резко сократилось. Однако они служат для грубой очистки в более сложных установках с глубиной очистки НВ до 15 мг/л.
Сепараторы флотационного типа на судах представлены двумя марками – СТВ-5Ф и СТВ-10Ф, производительностью соответственно 5 и 10 т/ч. Эти сепараторы специально созданы для использования на судах, работающих на тяжелых сортах топлива плотностью 0,985 г/см3 и выше.
Флотационный сепаратор является доочистным устройством и должен устанавливаться после другого устройства, обеспечивающего очистку до 400 мг/л (на судах таким устройством является цистерна, продолжительность отстоя которой не менее 4 часов). В результате получается двухступенчатая установка, имеющая большие габариты и массу. Для нормальной работы сепаратора необходима добавка флотореагента в количестве 30 г на 1 т обрабатываемой воды. Однако при этом происходит унос большого количества воды в шламовую систему при работе пеноснимателя и повышается трудоемкость технического обслуживания.
Все вышеуказанные недостатки не привели к широкому распространению флотационных сепараторов на судах.
Наибольшее распространение получили гравитационные сепараторы следующих типов: СТВ, ТЕ, Е, SP, WWN. Более часто устанавливаются сепараторы типа ТЕ, производительность которых от 0,125 до 350 м3/ч.
При использовании сепараторов центробежного типа наложение центробежных сил может осуществляться путем закручивания потока жидкости, подаваемой в неподвижный корпус, или вращением самого корпуса.
Первый способ используется в гидроциклонах, где вращательное движение смеси обеспечивается ее тангенциальной подачей относительно круглой конфигурации корпуса. Простота конструкции, отсутствие движущихся частей, низкая стоимость делают привлекательным использование гидроциклона для отделения нефти от воды. Однако достигнуть высокой степени очистки практически невозможно. Поэтому этот способ широкого самостоятельного применения не нашел, хотя центробежные силы при закручивании потока используются во многих сепараторах гравитационного типа.
Второй способ нашел применение в сепараторах типа СЦК. В этих сепараторах наряду с использованием центробежных сил, создаваемых ротором сепаратора с частотой вращения 3000 мин-1, применяется также коалесцирующая засыпка из гранулированного полипропилена. Глубина очистки – до 15 мг/л.
Фильтры коалесцирующего типа, которыми оборудованы многие суда, были первыми сепарационными установками со степенью очистки до 15 мг/л.
Широкому распространению фильтров коалесцирующего типа способствует их простота. Однако их существенным недостатком является ограниченный ресурс коалесцирующих элементов.
На судах оборудование для очистки НВ объединяется в один агрегат, который называют станцией очистки от нефти (ОНВ).
В качестве примера рассмотрим принципиальную схему станции «ПП Матик» (рис. 3.1), которая включает в себя очистку отстоем и адсорбцией. В установке применен вакуумный способ приема НВ, обеспечивающий прием НВ без перемешивания воды с нефтью. При включении установки в работу за счет разрежения, создаваемого насосом (1), НВ из судовой сборной цистерны начинает поступать в отстойное устройство (2), где отделяются пленочные и грубодисперсные нефтепродукты. Отстоявшиеся нефтепродукты накапливаются в верхней полости отстойника. Как только слой нефтепродуктов достигнет определенной толщины, срабатывает датчик (4), после чего открывается клапан (3), электродвигатель насоса (1) начинает вращаться в противоположную рабочему направлению сторону, и нефтепродукты вытесняются в судовую шламовую цистерну. Сброс нефтепродуктов продолжается до тех пор, пока датчик уровня (4) не зафиксирует отсутствие нефтепродуктов. После этого установка снова начинает работать в режиме очистки.
|
Рис. 3.1. Схема установки «ПП Матик»:
1 – насос; 2 – отстойное устройство; 3, 5, 6 – клапан; 4 – датчик-буй; 7 – сборная емкость; 8 – фильтр тонкой очистки
Из отстойного устройства 2 вода поступает в фильтр тонкой очистки 8, где происходит отделение эмульгированных нефтепродуктов в слое зернистой фильтрующей загрузки. Затем очищенная вода поступает в сборную емкость 7, откуда сбрасывается за борт. Если прибор контроля за содержанием нефтепродуктов в очищенной воде подаст сигнал о неудовлетворительной очистке, то автоматически закроется клапан 6, откроется клапан 5, слив за борт прекратится, и вода направится под слани.
Судовые системы и оборудование для сбора, хранения и обезвреживания хозбытовых сточных вод. Все суда с экипажем должны быть оборудованы системами сбора и хранения хозбытовых сточных вод, отвечающих требованиям МАРПОЛ и национальным Правилам Морского и Речного Регистров, а также соответствующим санитарным правилам.
В последнее время получили большое распространение системы, в состав которых наряду с цистернами (танками) для накопления хозбытовых сточных вод, входит оборудование для обезвреживания сточных вод, отвечающее требованиям МАРПОЛ и Санитарных правил для морских и речных судов. Напомним, что в соответствии с этими требованиями, в прибрежной зоне шириной 12 миль запрещен сброс сточных вод, если они предварительно не очищены и не обеззаражены до следующих параметров: БПК5 = 50 мг/л, взвешенные вещества – 100 мг/л, коли-индекс – 2500 шт/л. В прибрежной зоне шириной 4 мор. мили полностью запрещен сброс СВ, в том числе и очищенных.
Судовое оборудование для очистки и обеззараживания СВ применяется трех разновидностей, которые отличаются только методом обработки СВ: механический, биохимический и физико-хими-ческий.
Во всех системах со станциями ООСВ сточные воды из санитарно-технических устройств (цистерны СВ, накопители и т.д.) поступают на предварительную обработку, в результате которой из воды отделяются мелкодисперсные и скоагулированные загрязнения, а вода обеззараживается. Процесс обеззараживания СВ может быть совмещен с процессом отделения от СВ мелкодисперсных примесей. Вода после очистки и обеззараживания сливается за борт.
При работе установок ООСВ образуется шлам, который сбрасывается за борт в районах, разрешенных для этих целей, или уничтожается в инсинераторах.
По первому методу работают судовые системы со станциями ООСВ (станция очистки и обеззараживания сточных вод) типа «HL-CONT» (ФРГ) 18.
Основным недостатком данной станции является отсутствие фильтрации на финише обработки.
На всех станциях, использующих биохимические методы очистки, процесс обработки СВ осуществляется не менее 15–24 часов. Эти станции, как правило, автоматизированы. Однако необходимо строго выполнять правила эксплуатации санитарно-технических устройств (например, запрещается бросать бионеразлагаемые вещества, применять стиральные порошки, отбеливающие и дезинфицирующие вещества), так как при попадании их в биоустановку происходит гибель активного ила.
Станции биохимической очистки СВ имеют большое количество типоразмеров, что связано со спецификой биологического процесса очистки, для которой лимитирующей является не только максимальная, но и минимальная пропускная способность установок для предотвращения нарушения процесса биологической очистки.
Технологическая схема обработки судовых СВ на станциях ООСВ, использующих физико-химические методы очистки, включает в себя следующие операции: предварительную обработку и сбор СВ для усреднения их химического состава и сглаживания «пиковых» нагрузок на оборудование; удаление загрязнений, содержащихся в СВ; обеззараживание СВ; сбор и обработка шлама. Эта последовательность для различных типов станций может меняться. Станции ООСВ имеют 2–3 перекачивающих насоса, насос дозировки химических реагентов и другие вспомогательные механизмы.
При работе станций имеется возможность регулировать качество очищенной воды путем изменения доз реактивов, а на надежность качества очистки загрязненность стоков и режим их поступления влияют незначительно.
Станции ООСВ имеют небольшие типоразмерные ряды, так как у них нет ограничений по минимальной пропускной способности, и, если станция ООСВ имеет производительность больше, чем требуется, на судне уменьшается время работы установки в сутки, качество очистки при этом не меняется, однако падает эффективность использования оборудования и растет себестоимость очистки СВ.
Выбор способа удаления сточных вод с судна и применение того или иного оборудования для обезвреживания СВ на судах обусловлено типом судна, районом его эксплуатации, численностью экипажа и соображениями экономики.
На судах, имеющих постоянную численность экипажа более 100 человек, целесообразно использовать оборудование биохимической очистки сточных вод, так как при большой численности поток поступающих СВ более равномерен как по режиму поступления СВ, так и по концентрации загрязнений. На больших судах обычно проще размещать оборудование биохимической очистки, имеющее большие габариты. Эти установки при производительности больше 5 м3/сут имеют низкие удельные затраты энергии на обработку стоков.
Системы без очистки СВ целесообразно применять на судах, эксплуатирующихся в прибрежных зонах, вблизи береговых очистных сооружений, оборудованных устройствами для приема стоков с судов. Для судов с численностью экипажа до 100 человек, эксплуатируемых с удалением от пунктов приема загрязнений более чем на 12 миль, наиболее целесообразно применять системы со станциями очистки СВ, использующих механические и физико-химические методы обработки стоков, так как они быстро запускаются в работу, обеспечивают необходимое качество очистки; они не чувствительны к резким изменениям потока СВ и нагрузки на установку загрязнителями с высокой концентрацией.
Ниже приводится описание и принцип действия одной из наиболее распространенных станций очистки сточных вод – «Сток-150» 17, 18.
На ООСВ «Сток-150» (рис. 3.2) стоки из судовой цистерны поступают на решетчатый фильтр 13, откуда скопившиеся крупные загрязнения периодически сбрасываются в шламовую цистерну, а вода поступает в приемный танк 12 и далее насосом 14 подается в смеситель 16. В последнем происходит смешение СВ с воздухом, поступающим из судовой магистрали компремированного воздуха. После смесителя 16 СВ с воздухом попадает в напорный танк 5. Из этого танка часть нерастворившегося воздуха в смеси с СВ возвращается в танк 12. Основная часть насыщенной воздухом СВ поступает в смеситель 6, где происходит смешение с коагулянтом. Коагулянт на смешение подается насосом-дозатором 8 из бака 7.
Затем СВ поступает во флотационный танк 9, где выделившиеся из СВ пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами взвешенных веществ. Всплывшая масса непрерывно удаляется скребковым транспортером 10 в шламовый танк 11. По мере накопления шлам насосом 15 сбрасывается в шламовую цистерну.
|
Рис. 3.2. Схема ООСВ со станцией «Сток-150»:
1 – контактное устройство; 2 – напорный фильтр; 3 – эжектор; 4, 14, 15, 18 – насос; 5 – напорный танк; 6 – смеситель; 7 – расходный бак; 8 – насос-дозатор; 9 – флотационный танк; 10 – скребковый транспортер; 11 – шламовый танк; 12 – приемный танк; 13 – фильтр грубой очистки; 16 – смеситель; 17 – озонатор
Окончательная очистка СВ происходит в напорном фильтре 2. Обеззараживание СВ производится озоном с использованием контактного устройства 1 и эжектора 3. Озон для этих целей получают в озонаторе 17.
Судовое оборудование по предотвращению загрязнения гидросферы мусором, бытовыми отходами и шламом. Наиболее простым методом предотвращения загрязнения моря мусором с судов считается способ сбора его на судах с последующей сдачей в портах на берег для уничтожения в портовых мусоросжигательных установках либо вывоза на городские свалки или мусоросжигательные комплексы. Для сбора и хранения мусора на борту судна существуют различные способы: накопление мусора в контейнерах или мешках, во встроенных емкостях, в специальных контейнерах с подпрессовкой, в контейнерах с предварительным размельчением и брикетированием мусора при высоком давлении и температуре с одновременным обеззараживанием.
Накопление и хранение мусора требуют наличия на судах соответствующих площадей и объемов и связаны с проблемой сдачи накопленного мусора в портах (на берег или в плавучие портовые сборщики). Существенной сложностью при этом является обеспечение длительного хранения отходов с соблюдением надлежащих санитарных условий, особенно в летнее время в районах с повышенной температурой наружного воздуха и высокой влажностью. Тем не менее такой способ предотвращения сброса мусора в море наиболее распространен.
В качестве накопительного устройства для судового мусора может быть использован металлический контейнер вместимостью 0,75 м3, широко используемый для хранения и транспортировки бытового мусора в системе коммунального хозяйства.
Наиболее удобно накапливать мусор на судах в стандартных полиэтиленовых мешках размером 1050×850 мм. Такие мешки в массовом порядке выпускаются во всех странах.
Мусоронакопитель (рис. 3.3) удобен и прост по устройству 4. Он состоит из стойки 7, на которой укреплен обод консоли 5. К ободу крепится посредством замка 4 полиэтиленовый мешок 3.
Вследствие вертикального перемещения обода консоли по стойке с фиксацией на требуемой высоте можно использовать мешки различной длины. Мусоронакопительное устройство крепится к планширю независимо от наклона фальшборта к оси стойки. Устройство имеет привод 2 для открывания крышки 6, что отвечает требованиям санитарных органов. В нижней части устройство имеет поддон 1 для предотвращения попадания на палубу жидкости при случайной утечке. Преимущество таких накопительных устройств в том, что |
Рис. 3.3. Мусоронакопительное устройство: 1 – поддон; 2 – привод; 3 – полиэтиленовый мешок; 4 – замок; 5 – консоль; 6 – крышка; 7 – стойка |
их можно располагать в одном или нескольких местах на судне (на кормовой швартовной палубе, открытой палубе надстроек, в помещении пищеблока и т.п.).
Одноразовое использование полиэтиленовых мешков исключает необходимость промывки и дезинфекции их после опорожнения. По мере заполнения мешков верхняя загружаемая кромка может быть сложена, схвачена надежным зажимом и герметично закупорена. Заполненные и закупоренные мешки накапливают в специальном месте для последующей сдачи их на берег или в плавучую емкость.
Кроме бытового мусора любая технология обработки СВ имеет отходы в виде шламов (осадков), которые также должны или накапливаться в каких-то емкостях с последующей сдачей их на специализированное судно, или подвергаться обработке на борту судна. В общем случае обработка осадков СВ состоит из следующих стадий: уплотнение, стабилизация, обезвоживание, обезвреживание, утилизация. Обезвоживание может происходить в механических фильтрах (вакуумные, листовые и фильтры-прессы), в виброфильтрах и центрифугах. Наименьшими массо-габаритными характеристиками обладают центрифуги. После центрифуги образующийся фугат возвращается в сборную цистерну, а обезвоженный осадок (кек) транспортируется на уничтожение обычно термическим способом. Центрифуги выпускаются фирмами «Альфа-Лаваль» (Швеция – Россия), «Дорр-Оливер» (США) и др.
Уничтожение мусора, кека и других отходов производится на судне с помощью инсинератора. Для определения расчетной производительности инсинератора можно руководствоваться следующими исходными усредненными данными:
– пищевые и бытовые отходы составляют 2,0–2,5 кг на человека в сутки;
– количество шлама от сепарирования топлива и масла на дизельных судах составляет 0,5% от расхода топлива и масла;
– количество отходов от установок для биологической обработки сточных вод – около 2,5 л на человека в сутки.
Теплотворную способность отходов на основании осредненных опытных данных можно принимать в теплотехнических расчетах следующей:
– для пищевых и бытовых отходов 7,55–11,5 кДж/кг;
– для нефтяного шлама (с содержанием воды до 50%) 20,95 кДж/кг;
– для отстоя от установок для обработки сточных вод (98% воды) теплотворная способность незначительная и может не учитываться.
В состав инсинератора «СП-10» (рис. 3.4) 18 входят корпус 1, топочное устройство 5, загрузочная дверь 6, шурующее устройство и элементы автоматического управления. В футеровке 2 и термоизоляции 3 сделаны отверстия, через которые воздух тангенциально поступает в камеру сгорания. Воздух, нагнетаемый вентилятором топочного устройства, проходит последовательно перекрытие, стенки и днище, охлаждая наружную поверхность установки. Для усиления процесса горения установлено шурующее устройство. Пуск установки осуществляется с помощью дизельной форсунки и при достижении 850С производится подача нефтешлама и шлама СВ. Твердые отходы загружают в лоток, а затем при открывании внутренней двери сбрасывают в камеру сгорания.
Рис. 3.4. Инсинератор СП-10:
1 – корпус; 2 – футеровка; 3 – термоизоляция; 4 – датчик; 5 – топочное устройство; 6 – загрузочная дверь
За последнее время появились опытные образцы судового оборудования, в которых объединены водогрейный котел и инсинератор в единый комплекс, что создает условия для использования мусора в виде топлива.
Внесудовое оборудование активной защиты
окружающей среды
Кроме судового природоохранного оборудования, для сбора и утилизации загрязнений с судов используются внесудовые водоохранные средства. К ним относятся следующие береговые или плавучие пункты приема загрязнений, образующихся на судах в процессе эксплуатации: суда-сборщики загрязнений; специализированные причалы для приема СВ и мусора; специализированные очистные суда для приема и обработки части или всех загрязнений, скапливающихся на судах.
Рассмотрим краткую характеристику каждого из этих природоохранных средств.
Судно-сборщик загрязнений (судно ОС) предназначено для приема с других судов НВ, СВ, мусора и других отходов с последующей передачей их на береговые очистные сооружения или специализированные очистные суда. Оборудовано насосами, вакуум-баллонами, цистернами для СВ и НВ, механизацией для погрузки контейнеров с мусором и пищевыми отходами.
Специализированные причалы для приема СВ и мусора рассчитаны на подход судна ОС, снабжен насосами, оборудованием для перекачки СВ, механизацией для приема баков с мусором и мойкой для обмыва и дезинфекции. Сточные воды перекачиваются в городскую канализационную сеть, а мусор вывозится на свалки населенных пунктов.
Специализированное очистное судно – самоходное или несамоходное судно, предназначенное для приема всех или части загрязнений, скапливающихся на судах, и последующей их обработки.
К ним относятся плавучие станции очистки НВ, баржи-амбары и суда комплексной переработки отходов (СКПО).
Плавучие станции очистки НВ – несамоходные наливные суда, оборудованные каскадными отстойниками, устройством для флотации пленочных нефтепродуктов и фильтрами с активированным углем. Судно оборудовано электростанцией, котлом, на нем имеются жилые помещения для экипажа и лаборатория.
Аналогичные станции используются в портах для очистки остатков нефтеводяной смеси при погрузочных операциях с нефтепродуктами.
Баржи-амбары – несамоходные наливные суда, куда выкачиваются НВ. Устанавливаются в пунктах, где нет плавучих станций очистки НВ. По мере накопления НВ баржи-амбары отбуксировываются к плавстанциям очистки НВ, где происходит передача загрязнений с борта на борт.
Особое значение в настоящее время на флоте приобрели СКПО. Это суда, снабженные водоохранным оборудованием: ООСВ, ОНВ, печами-инсинераторами, цистернами для накопления СВ и НВ, бункерами для накопления мусора; на судне имеется электростанция, котел, насосное оборудование, механизация для приема загрязнений, устройства для мойки и дезинфекции контейнеров. На судне предусмотрена лаборатория для анализа среды, имеются также жилые помещения для экипажа.