ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД НА СУДАХ РЫБОПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА
Наибольшую опасность для биологической составляющей Охотского моря представляют прогрессивно увеличивающиеся загрязнения акваторий нефтяными углеводородами. В табл. 1 приведены данные о масштабах сбросов в океан вредных веществ, заимствованные из работы [1], из которых видно, что нефтепродукты при- сутствуют в большем количестве, нежели другие искусственно внесённые вредные вещества.
Таблица 1
Тип загрязнения
Нефтепродукты попадают в водную среду различными путями. Одним из са- мых распространённых повсеместно источников является флот: транспортный, тан- керный и рыбодобывающий. Следует отметить, что единовременные большеобъём- ные выбросы нефтепродуктов в водную среду, связанные с авариями и катастрофами водного транспорта, как правило, отслеживаются специальными службами по чрезвычайным ситуациям, оперативно принимаются меры по предот- вращению распространения разливов. Морской транспорт, как показывают наблю- дения [2, 3], даже в отсутствие аварий и катастроф является источником загрязнений водной среды горюче-смазочными веществами.
Эксплуатация любого водного транспортного средства, включая и суда специ- ального назначения (например, рыбодобывающие и рыбоперерабатывающие), свя- зана с использованием в качестве основных энергоносителей дизельного топлива, различных сортов мазута и смазочных масел. Конструктивные особенности главных и вспомогательных судовых силовых установок, вспомогательных и технологиче- ских механизмов, обеспечивающих выполнение производственных функций любого судна, обуславливают непроизводственные потери горюче-смазочных материалов. На рис. 1 приведена примерная схема поступления нефтепродуктов в льяльные воды.
Как правило, на судах со- держащие нефтепродукты отхо- ды присутствуют не в «чистом» виде, а в виде смеси пресной и забортной воды. Во всех офици- альных сводках о сбросах неф- тепродуктов учитывают только зарегистрированные единовре- менные случаи, скрыть которые экипажам и судовладельцам не представляется возможным.
В практике эксплуатации флота, особенно находящегося на удалении от наблюдаемых визуально акваторий, имеют ме- сто несанкционированные сбро- сы нефтепродуктов в виде неф- тесодержащих льяльных вод. Отчасти это связано с несовершенством судовых сис- тем очистки и утилизации и отсутствием или недостаточностью береговых служб контроля экологического состояния окружающей среды. Несанкционированные выбросы нефтепродуктов в настоящее время достигли таких масштабов, особенно в промысловых районах Охотского моря, что нефтяная плёнка покрывает около 4−5% водной поверхности. В этой связи уместно говорить о чрезвычайности эко- логической ситуации в промысловых районах. На рис. 2 приведена классификация чрезвычайных экологических ситуаций, возникающих вследствие сбросов нефте- продуктов с судов.
Рис. 1. Основные источники поступления горюче-смазочных материалов в льяльные воды
Рассмотрим основные причины возникновения множественных, размытых во времени чрезвычайных экологических ситуаций, поскольку единичные быстропро- текающие выбросы большого объёма, как правило, регистрируются и к их ликвида- ции привлекаются достаточно эффективные средства. Для составления своеобразно- го «экологического» портрета судна были проведены, с точки зрения возможной угрозы для экологической обстанов- ки, обследования физических и хи- мических свойств судовых льяльных вод, содержащих нефтепродукты. В табл. 2 приведены данные по 12 типам судов: даны объёмные со- держания в 100 мл проб водотоплив- ной эмульсии дизельного топлива и масел (φ1) и объёмные содержания твёрдых включений (φ2). Из табл. 2 видно, что нефтепродукты присутст- вуют в судовых льяльных водах от φ1(min)≅ 1% до φ1(max)≅ 100%. Таким образом, в льяльных водах обследо- ванных судов усреднённое объёмное содержание нефтепродуктов соста- вляет < φ1
Рис. 2. Классификация чрезвычайных экологических ситуаций > ≅ 34%. Льяльные воды представляли собой множественные полидисперсные эмульсии типа «масло − вода» и «вода − масло». В пробах присутствовали глобулы нефтепродуктов, внутри кото- рых обнаружены вода как в виде отдельных капель, так и в виде линз.
Таблица 2
Существенно отметить, что седиментация эмульсии подобного типа в судовых условиях маловероятна, так как движение судна сопряжено с качкой, т. е. льяльные воды как в специальных танках, так и под пайолами находятся в постоянном волно- образном движении, что способствует их крупномасштабному перемешиванию.
Рассмотрим условие, при котором может происходить дробление линзообразной капли нефтепродукта, находящегося в воде при на- личии относительного перемещения отдель- ных объёмов жидкости друг относительно друга, вызванного качкой. Предположим да- лее, что поверхность раздела топливо − вода совпадает с плоскостью {xoy}. Выделим эле- ментарный объём топлива массой dm = ρdV и рассмотрим уравнения его движения [4]:
Рис. 3. Система координат
где Ω − частота колебаний поверхности, определяемая для капиллярно- гравитационных волн уравнением Лэмба [5]:
На рис. 4 приведена зависимость относительной скорости поверхности топлива v
r
Плотность неф- тепродуктов, г/см3
Плотность эмульсии, г/см3 от длины волны λ, получен- ная на основе усреднённых данных, приведенных в последней табл. 3. Ха- рактерные размеры ёмкостей для хране- ния нефтесодержащих льяльных вод та- ковы, что даже в самых маленьких из них L ≅ 1 м. При бортовой и килевой качке судна с характерным периодом Т ≥ 10 с значения колебательной скоро- сти могут достигать величин v
r
≥ 0,3 м/с, что позволяет утверждать, что процесса
Рис. 4. Зависимость относительной скорости седиментации топлива и воды происхо-
поверхности топлива vr
от длины волны λ дить не будет, а вполне вероятен процесс разрушения поверхностей топлива, т. е образование более мелкодисперсной эмульсии.
Таким образом, из приведенных данных следует, что нефтесодержащие воды имеют вид полидисперсных множественных эмульсий и в судовых условиях не мо- гут отстаиваться, расслаиваясь на «сухое» топливо и «чистую» воду. Под пайолами и в отстойных ёмкостях вследствие качки и вибраций образуется эмульсия, причём в нижних слоях предельно допустимая концентрация нефтепродуктов может, по нашим наблюдениям, превышать установленные законодательными документами нормы более чем в 4 000 раз.
Исаков А.Я., Касперович Е.В.
О ЗАГРЯЗНЕНИИ СТОКАМИ МОРСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ОХОТСКОГО МОРЯ
