Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы техносферной безопасности на водном транспорте. Учебное пособие
.pdf
в льялах помещений, в которых установлено оборудование и устройства,
обеспечивающие работу с жидкими веществами, аварийные сбросы груза.
В соответствии с Дополнением к Приложению II к конвенции МАРПОЛ73/78 «Руководство по классификации ВЖВ» все ВЖВ, перевозимые на судах
наливом, по степени вредности для морской среды делятся на четыре следующих
категории:
категория А — с чрезвычайно высокой степенью вредности. Это ве-
щества, которые при сбросе в море создают значительную опасность для морской
флоры и фауны, а также для человека;
категория В — с высокой степенью вредности. Это вещества, которые при сбросе
в море создают опасность для морской флоры и фауны, а также для человека;
категория С — со средней степенью вредности, т.е. малотоксичные для
морских живых организмов;
категория D — с низкой степенью вредности, т.е. практически не-
токсичны для морских живых организмов.
Одним из основных факторов загрязнения моря является сброс за борт
промывочных вод из грузовых танков, которые необходимо промывать при
каждой смене груза на судне. Операции по удалению остатков из танков
осложняются тем, что ВЖВ могут иметь плотность меньшую, большую или
равную плотности воды, иметь различную растворимость в воде, быть летучими
или трудно растворимыми; одни ВЖВ тонут, другие плавают, третьи —
растворяются в воде.
Определенной опасностью для водной среды и ее обитателей является
коррозия нефтяных резервуаров и трубопроводов. В частности, на нефтяные
резервуары и нефтетрубопроводы при контакте с нефтепродуктами воздействуют
агрессивные среды (сочетание бактериологической коррозии, серы, сероводорода,
воды), ускоряющие процесс коррозии. Практический опыт показывает, что
разрушение металла от коррозии происходит до 1 мм в год. В соответствии с
действующим в РФ стандартом толщина днища резервуаров составляет 8–12 мм, в
то время как в европейских странах — 20 мм.
2. Источники опасности для атмосферы на судах
Опасность загрязнения атмосферы с судов происходит при воздействии
выбросов отработавших газов (ОГ) судовых энергетических установок,
несгоревших частиц топлива (газообразных, жидких и твердых), поступающих
из цилиндров дизеля в его выпускную систему, дымовых газов и окислов
ванадия, выбросов при работе вспомогательных и утилизационных котлов и
инсинераторов. Выбросы несгоревших частиц топлива несут с собой вредные
химические соединения.
Исследования состава ОГ двигателей внутреннего сгорания показывают,
что в атмосферу попадает около 200 химических соединений, которые
оказывают различное действие на ОС и живые организмы. Состав основных
вредных веществ в выхлопах, а также удельные выбросы зависят от вида
топлива (табл.9.1).
Таблица 9.1
Удельные выбросы (кг) при сжигании 1 т топлива
Наименование
вредного
вещества
Оксиды серы 3,9 0,8 23,4 40,8 Оксиды
углекислые
Оксида азота 68,1 83,3 68,1 10,7 8,05
Углеводороды 18,1 229,2 18,1 - Альдегиды 0,9 10,4 0,9 - Сажа 6,1 1,3 6,1 - Вода - - - 0,5 Бенз(а)пирен 0,0061 0,625 0,0061 - -
дизельное бензин моторное
25,6
375,0
Используемое топливо
масло
25,6
мазут природный
газ
5,3
1,53
ОГ, загрязняя атмосферу, соответственно являются источником
воздействия на человека при вдыхании воздуха. По степени и характеру
опасного воздействия на человеческий организм, свойствам и структуре
химические соединения, содержащиеся в ОГ, принято разделять на шесть
групп.
В первую группу входят нетоксичные соединения: вода (в виде пара),
водород, азот, кислород и углекислый газ.
Вторая группа содержит угарный газ, или окись углерода. Это
бесцветный газ, без вкуса и запаха, очень слабо растворимый в воде. Данное
соединение способно воздействовать на кровь человека, связывая красные
кровяные тельца (эритроциты) и выводя их из процесса газообмена. В
результате наступает кислородное голодание организма и могут возникнуть
нарушения центральной нервной системы. Степень воздействия окиси углерода
на человека зависит от ее концентрации в воздухе. Так, при концентрации (в
процентах) 0,0016 она вредного воздействия не оказывает; 0,01 — возникает
хроническое отравление при длительном пребывании человека в таких
условиях; 0,05 — через один час появляются признаки слабого отравления; 1 —
наступает потеря сознания после нескольких вдохов.
Третья группа включает в себя в основном окись азота — бесцветный газ
и двуокись азота — газ красновато-бурого цвета с характерным запахом.
Действие того и другого газа вредно для человеческого организма. Они — одна
из причин образования смога. Самое же опасное, что эти газы, попав в органы
дыхания и взаимодействуя там с влагой, образуют азотистую и азотную
кислоты, раздражающие слизистые оболочки. Степань воздействия на человека
этих соединений при определенной концентрации их в атмосфере (в процентах)
определяется следующим образом: 0,0013 — порог раздражения слизистых
оболочек глаз и носа; 0,001–0,002 — образование метгемоглобина; 0,004–0,008
— отек легких. Причем последствия воздействия окислов азота проявляются не
сразу. Некоторое время после отравления человек чувствует себя хорошо, а
потом тяжело заболевает.
Поскольку наиболее токсичным компонентом ОГ дизеля являются
окислы азота, то есть необходимость рассмотреть механизм образования этих
веществ и отыскать пути сокращения выделения NOx в ОГ дизелей. В разные
периоды времени существовали различные взгляды на природу образования
окислов азота. Наиболее реальной, изложенной в монографии С.П. Зубрилова,
Ю.Г. Ищука и В.И. Косовского, является термическая теория образования
окислов азота, разработанная Я.В. Зельдовичем, основы, которой можно
сформулировать следующим образом:
- окисление азота происходит за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания;
- выход окиси азота определяется максимальной температурой горения,
концентрацией азота и кислорода в продуктах сгорания и не зависит от
химической природы топлива, участвующего в реакции;
- окисление азота происходит по следующему цепному механизму:
N2 + O NO + N − 316 кДж,
N + O
NO + O + 134 кДж,
первая реакция является определяющей, скорость ее зависит от концентрации
атомарного кислорода;
- выход окислов азота зависит от скорости охлаждения продуктов сгорания;
- в «бедных» смесях (при малой подвижности реакции) выход NO
определяется максимальной локальной температурой сгорания, т.е. кинетикой
ее образования; в «богатых» выход NO перестает зависеть от максимальной
температуры сгорания и определяется кинетикой разложения, т.е. «закалкой»
образовавшейся окиси азота;
- концентрация окислов азота не превышает равновесную при
максимальной локальной температуре сгорания;
- неравномерное распределение температуры в зоне продуктов сгорания
(махо-эффект) заметно влияет на выход NO при горении бедных смесей и слабо
— при горении богатых смесей.
В последние годы в связи с выделением в атмосферу значительных
количеств окислов азота с ОГ было проведено много исследований, цель
которых — выявить механизм образования окислов азота в цилиндрах
двигателей различных типов и определить влияние на выход окислов азота
параметров рабочего процесса.
Установлено, что при значениях температуры цикла T
= 1800-2800 К из
max
окислов азота практически образуется только NOx. В отработавших газах
дизелей NO оставляет около 90 % общего количества NOx. В выпускной
системе двигателя (при наличии кислорода в продуктах сгорания) и после
выброса ОГ в атмосферу происходит окисление NO в NO2. . Принято считать,
что большая концентрация NO очень быстро переходит в NO2 в окружающей
среде, и наоборот, малая концентрация NO окисляется медленно. Поэтому
окисление NO, содержащейся в отработавших газах, до NO2, после попадания
газов в атмосферу зависит от условий их перемешивания с воздухом.
В камере сгорания при горении топлива температура газа распределяется
неравномерно по объему камеры. В тех зонах, где наблюдается обеднение смеси
воздуха с топливом (α > 1), процесс сгорания протекает интенсивнее при более
высокой температуре. Кроме того, в цилиндре дизеля имеются зоны,
переобогащенные топливом. В этих зонах температура сгорания ниже. Это
обстоятельство приводит к различной концентрации окиси азота в объеме камеры
сгорания, особенно в случаях, когда отсутствует организованное движение
воздуха.
Таким образом, окислы азота могут образоваться только при высокой
температуре. В существующих дизелях при сгорании топлива образование
окислов азота, как и продуктов неполного сгорания, отличается
специфическими особенностями, которые влияют на количество возникновения
вредных веществ в процессе сгорания топлива в ДВС.
К четвертой группе относятся содержащиеся в саже и копоти различные
углеводороды, в том числе и канцерогенные. Эти соединения токсичны и
совместно с окислами азота участвуют в фотохимических реакциях. Наиболее
распространенными среди многоядерных ароматических углеводородов
является бензопирен, который обладает высокой канцерогенной активностью.
В нормальных атмосферных условиях это соединение представляет собой
иглообразные кристаллы желтого цвета, плохо растворяющиеся в воде и
хорошо – в органических растворителях. В сыворотке человека растворимость
3,4-безипирена достигает 50 мкг/мл.
Пятую группу составляют альдегиды, в основном формальдегид и
акролеин. Формальдегид — бесцветный, с резким запахом газ, легко
растворяющийся в воде. При объемной концентрации 0,007 % он вызывает
легкое раздражение дыхательных путей и слизистых оболочек глаз и носа, при
0,018 % возникают осложнения. Более опасным является акролеин — альдегид
акриловой кислоты. Это бесцветная, с запахом пригорелых жиров и весьма
летучая жидкость (температура кипения + 52,4 0С), хорошо растворяющаяся в
воде. Порог восприятия запаха наступает при концентрации (в процентах)
0,00016; при 0,005 — он трудно переносим; при 0,002 — непереносим; а при
0,014 — смерть наступает через 10 мин.
В шестую группу выделена сажа. Она состоит из мелких частичек
углерода и не представляет непосредственной опасности для человеческого
организма, хотя может вызывать раздражение дыхательных путей. Наличие
сажи в воздухе приводит к загрязнению атмосферы и ухудшает видимость.
Однако основная опасность сажи состоит в том, что она является переносчиком
канцерогенных веществ. Адсорбируясь на частичках сажи, бензопирен
оказывает гораздо большее воздействие на живые клетки, чем в чистом виде.
Твердый углерод выделяется в процессе сгорания в основном за счет
полимеризации углеводородных радикалов. В пламени крупные молекулы
углеводородов дробятся на большое количество мелких осколков (радикалов).
При снижении температуры и отсутствии окислителя эти радикалы будут
полимеризоваться в длинные цепочки, образуя крупные частицы твердого
углерода. Необходимо отметить, что в таких соединениях может быть и
водород, который не смог оторваться от молекулы углеводородов.
Первичные структуры, из которых состоит образующаяся в дизелях сажа,
представляют собой частицы размером 0,015–0,17 мкм с геометрической
поверхностью до 75 м2/г. Однако еще при сгорании происходит коагуляция
частиц сажи, приводящая к образованию вторичных и третичных структур. В
ОГ дизелей сажа находится в виде образований неправильной формы
размерами 0,3–100 мкм. Определенная часть сажистых частиц имеет размеры
0,4–5 мкм.
При большом избытке воздуха в камере сгорания дизеля создаются
благоприятные для выгорания сажи условия. Выполненные с помощью
спектрального анализа исследования показали, что значительное количество сажи
выгорает в процессе расширения. На процесс неполного сгорания топлива
(образования сажи в ОГ) в дизелях влияют многие факторы. Наиболее важную
роль при этом играет степень гомогенизации заряда к моменту воспламенения
топлива.
Качественная подготовка топлива к сгоранию обеспечивает наиболее
полное его сгорание. Так, например, при хорошей организации сгорания
тяжелые топлива (углеводороды с высокой молекулярной массой) могут
полностью окисляться, и дизель будет иметь бездымный состав ОГ. Плохая
организация сгорания приводит к повышенной дымности дизеля даже при
работе на топливе легких сортов или газообразных.
Из изложенного следует, что твердые частицы углерода в виде сажи
образуются исключительно в пламени из частиц молекул углеводородов
(радикалов). В предпламенной подготовке топлива образование сажи исключено;
также мало вероятно образование сажи на поверхности капли сгорающего
топлива.
Практические вопросы контроля загрязнения атмосферы выбросами
судовых дизелей морского, речного транспорта и маломерного флота должны
отражать, например, такие факторы, как нагрузка дизеля, частота вращения,
условия ОС, методы измерения. Основная борьба с выбросами должна вестись
на этапе проектирования или модернизации дизелей.
Загрязнение моря нефтью танкерным флотом — это лишь видимая часть
того огромного айсберга угрозы ОС, который представляет собой
транспортировка нефти морем. Существует еще один невидимый, но весьма
значительный и опасный источник загрязнения атмосферы, например
связанный с танкерным флотом. Речь идет о загрязнении атмосферы ЛОС —
эмиссией летучих органических соединений при транспортировке нефти и
нефтепродуктов.
Среди органических соединений, выбрасываемых с танкеров и нефтяных
терминалов в атмосферу, содержится достаточно большое количество ядовитых
веществ. Кроме того, в ходе реакций между оксидами азота (Nох) и ЛОС образуется
тропосферный озон, который по токсичности приравнивается к цианидам.
Озоноразрушающие вещества, подлежащие контролю, определенные в
пункте 4 статьи 1 Монреальского протокола 1987 г. по веществам, разрушающим
озоновый слой, перечислены в Приложениях А, В, С и Е протокола. К
преднамеренным относятся выбросы озоноразрушающих веществ, происходящие
на судах во время технического обслуживания, ремонта, перемещения систем или
оборудования. К ним, в частности, относятся выбросы фреонов, используемых в
системах пожаротушения и кондиционирования воздуха, провизионных
рефрижераторных кладовых и контейнерах.
Новые установки, содержащие озоноразрушающие вещества, запрещаются
на всех судах, за исключением содержащих гидрохлорфторуглероды в новых
установках, использование которых разрешено до 01.01 2020 г.
В процессе эксплуатации судовых дизелей должен осуществляться
Нормы удельных средне
взвешенных
выбросов
судовых дизелей
Удельный средневзвешенный выброс
,
Удельный средневзвешенный выброс
контроль основных параметров состава отработавших газов на соответствие
нормам выбросов NO
.
x
Состав газов неоднороден во времени, так как он зависит от режима
работы судовой энергетической установки. Для оценки загрязнения ОС
рекомендуется производить отбор проб на режимах, характерных для судов:
- во время стоянки в порту под грузовыми операциями и без грузовых
операций (на этих режимах обычно работают вспомогательные двигатели);
- при маневрировании, подходе к порту и выходе из порта, при проходе
через каналы и проливы;
- на полном ходу при эксплуатационной мощности главного двигателя.
В программе сдаточных испытаний нового судна должны предусматриваться
отборы проб ОГ на указанных режимах, оценка их токсичности и содержания в них
вредных веществ. Такие же измерения из соображения защиты ОС должны
периодически проводиться на всех судах.
Нормируемым параметром является удельный средневзвешенный выброс
вредного вещества с ОГ дизеля, выражающий количество этого вредного вещества
в граммах, приходящееся на 1 кВт·ч эффективной работы дизеля, совершенной им
при выполнении полного испытательного цикла (режима испытаний),
имитирующего типовые условия эксплуатации.
Установлена следующая номенклатура нормируемых параметров:
- удельный средневзвешенный выброс оксидов азота;
- удельный средневзвешенный выброс оксида углерода;
- удельный средневзвешенный выброс суммы углеводородов.
Считается, что судовой дизель эксплуатируется в соответствии с требованиями
Технического Кодекса NOx, если может быть продемонстрировано, что взвешенные
выбросы NOx из дизеля находятся в пределах (табл. 9.2), установленных ГОСТ Р
51249-99, во время освидетельствований.
Таблица 9.2
Удельные средневзвешенные выбросы вредных веществ для судовых дизелей
Наименование
нормируемого параметра
оксидов азота (NOx) в приведении к N0
г/кВт·ч
выпуск до 2000 г.
2
17,0
выпуск с 2000 г.
(17,0-9,8)
после
капремонта
0,95
оксида углерода (СО), г /кВт·ч
6,0
3,0
1,2
Удельный средневзвешенный выброс
суммы углеводородов (СН), г/кВт·ч
2,4
1,0
1,25
3. Источники опасности для акваторий портов
Морские и речные порты создают локальные зоны загрязнения ОС, что
представляет собой опасность для обитателей акваторий портов. В них
пересекаются, как правило, несколько видов транспорта. Порты осуществляют
накопление, хранение и сортировку грузов, их принятие и отправление,
выполнение перегрузочных работ и пассажирских операций, бункеровку судов
(заправку топливом, водой, продуктами питания и т.д.), обеспечение условий
движения судов в акватории порта и их отстоя.
Часто к порту примыкает железнодорожная станция с парком отстоя вагонов.
На территории порта или около него могут размещаться судоремонтные предприятия.
Все это в совокупности обусловливает создание определенной опасности загрязнения
акваторий портов в районах их размещения. Результаты воздействия
производственной деятельности порта на атмосферу и водную среду в обобщенном
виде представлены на рис. 9.1.
Виды работ
Погрузка/
разгрузка
Загрязняющее вещество
Пыль от
насыпных
грузов,
твердые
отходы,
нефтепроду
кты,
отработавш
ие газы
выветривания
испарения и
аэрозоли от
химических
Рисунок 9.1. Структура загрязнение ОС в ходе производственной
Производственная деятельность порта
Хранение
грузов
Пыль от
сыпучих
грузов,
грузов
Ремонт судов
и портового
оборудования
Сточные и
подсланевые
воды,
производстве
нная пыль,
моечные
растворы,
аэрозоли,
масляный
деятельности порта
Стоянка,
швартовка,
бункеровка
судов
Хозяйственно
-бытовые и
сточные воды,
твердые
отходы,
нефтепродукт
ы,
отработавшие
газы
Пассажирск
ие
операции
Хозяйственн
о-бытовые
стоки,
мусор
Для многих производственных процессов в портах и судоремонтных
предприятиях характерна большая запыленность Биологическая активность
пыли определяется ее химическим составом. Пыль, в состав которой входит
диоксид кремния, при длительном вдыхании может приводить к целому ряду
профессиональных заболеваний, например, заболеваний легких, глаз и кожи.
Испаряющиеся вредные вещества в виде аэрозолей, паров, тумана, а так же
отработавшие газы проникают в организм человека через легкие, кожу,
желудочно-кишечный тракт и вызывают профессиональные заболевания и
отравления.
Экологическая обстановка во многих портах РФ неблагополучна. Так,
например, в крупнейшем Новороссийском морском торговом порту, а также порту
Туапсе расширение хозяйственной деятельности, связанной с нефтеперевалкой в
береговой зоне Черного моря и в открытом море, привело к ухудшению
рекреационного потенциала близлежащих курортных районов и ОС в целом.
Сточные воды с судов, акваторий портов и судоремонтных предприятий
содержат хозяйственно-бытовые стоки, фекальные и НВ. Они характеризуются
высоким уровнем бактериального загрязнения ввиду присутствия бактерий,
грибов, мелких водорослей.
В портах, на судоремонтных и судостроительных заводах
производственные процессы сопровождаются высоким шумовым воздействием
и вибрацией. Они сказываются, прежде всего, на работниках, занятых
управлением механизмами и оборудованием, а также на производственный
персонал этих предприятий, население, животных и птиц, находящихся в
районе этих предприятий.
Большие неприятности создает технологически примитивная перевалка
угля в морских портах, в результате чего поступает большое количество жалоб
от жителей близлежащих районов на шум по ночам, на грязные подоконники и
занавески, на пленку угольной пыли в акватории портов.
Имеют случаи выделения в атмосферу токсичных веществ (сероводорода,
углеводородов) из танков судов в процессе погрузки по мере их вытеснения
погружаемым нефтепродуктом. Причиной возникновения подобных случаев
является отсутствие специальных систем для приема газов, выделяющихся при
погрузке танкеров.
В результате деятельности портов, в донных отложениях портовых
акваторий происходит регулярное накопление продуктов антропогенного
влияния. В связи со сниженным кислородным режимом придонных слоев воды
снижается окислительный потенциал, происходит деградация химических
соединений в донных отложениях. Так, в донных отложениях портов
наблюдаются высокие концентрации нефтепродуктов, тяжелых металлов,
фенолов и других токсических соединений. Это все приводит к вторичному
загрязнению морской воды при проведении дноуглубительных работ и
дампинге. Следует учесть, что одним из немаловажных источников
поступления загрязняющих веществ в прибрежные районы являются аварийные
ситуации при погрузочно-разгрузочных работах с нефтепродуктами и другими
веществами в портах.
Многие морские акватории прибрежных бухт в результате
бесконтрольного уничтожения (затопления) пришедших в негодность
различных изделий, конструкций и материалов оказались опасными.
Так, в информационной записке Дальневосточного отделения РАН о
работах в 2008 г. по проекту «Разработка систем оценки и технологий
обеспечения экологической безопасности морских акваторий в районах
проведения международного форума стран Азиатско-Тихоокеанского
экономического сообщества (АТЭС) и устойчивого социально-экономического
развития г. Владивостока 2008–2012 гг.» показано, что акватории бухт Аякс,
Парис и Житкова крайне загрязнены крупными инородными предметами,
представляющие опасность при проведении гидротехнических работ и
негативно влияющими на экологическую обстановку (загрязнение тяжелыми
металлами и нефтеуглеводородами). Среди обнаруженных объектов: затонувшие
суда, швартовые бочки и якоря, причальные кранцы, боеприпасы, в том числе
морские якорные мины, цистерны, газовые баллоны, железобетонные
конструкции, веревки и другой мусор.
Комплексными гидрохимическими обследованиями акваторий,
прилегающих к зоне саммита АТЭС, установлены крайне высокие уровни
загрязнения донных осадков и водных масс тяжелыми металлами,
нефтеуглеводородами, хлорорганическими соединениями, токсинами
биологического происхождения. Установлены негативные воздействия
отдельных загрязнений на физиологическое состояние водных животных,
выражающиеся в высоком уровне гистопатологий и различных заболеваний
гидробионтов, в том числе промысловых объектов.
В ряде акваторий полуострова Саперный, где отмечены уровни
загрязнений, многократно превышающие ПДК, имеют место плантации по
выращиванию гидробионтов (моллюска гребешка), что представляет реальную
угрозу здоровью людей при потреблении морепродуктов.
Токсикологический анализ морских грунтов и воды на акваториях
острова Русский показал на наличие токсичных и потенциально токсичных
видов и клонов микроводорослей, продуцирующих опасные для человека и
животных биотоксины, вызывающие диарейные, амнезийные и
нервнопаралитические отравления.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]