Содержание к диссертации
Введение
1. Методы очистки природных вод, загрязненных нефтепродуктами в результате техногенных аварий 10
1.1. Основные источники аварийного загрязнения водных объектов нефтепродуктами 10
1.2. Способы ликвидации последствий аварийных разливов нефтепродуктов на водных объектах 15
1.2.1. Извлечение нефтепродуктов из водной среды сорбционным методом 20
1.2.2. Биологические методы борьбы с нефтяными загрязнениями 28
2. Исследование процессов трансформации нефтепродуктов в поверхностных водных объектах ...39
3. Концепция технологии реабилитации водных объектов, загрязненных нефтепродуктами, и обоснование выбора сорбента для ее реализации 51
3.1. Концепция технологии реабилитации водных объектов и требования, предъявляемые к составу биоминерального комплекса 51
3.2. Определение механической прочности и физико-химических свойств опоки 54
3.3. Выращивание нефтеокисляющей биомассы в лабораторных условиях 60
3.4. Исследование сорбционной емкости опоки и активного ила в статических условиях 64
3.5. Исследование сорбционной емкости опоки и активного ила в динамических условиях 74
4. Иммобилизация активной биомассы на опоке 79
4.1. Наращивание активной биомассы на опоке и определение сорбционной емкости БМК по нефтепродуктам 79
4.2. Динамика деструкции нефтепродуктов, адсорбированных биоминеральным комплексом 83
4.3. Исследование условий консервации биомассы и периода сохранения ее жизнеспособности 101
4.4. Биодеструкция нефтесодержащих загрязнений на биоминеральном комплексе в условиях речного дна 103
5. Использование биоминерального комплекса в технологии ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов 108
5.1 Оценка ситуации при аварийном разливе нефтепродуктов и доставка технических средств для ликвидации нефтяного разлива 108
5.2. Математическая модель реабилитации речного потока от растворенных нефтепродуктов с использованием биосорбционного метода... 114
5.3. Эколого-экономическая оценка эффективности технологии
реабилитации речных потоков с использованием БМК 120
Заключение 126
Список использованной литературы 12
- Способы ликвидации последствий аварийных разливов нефтепродуктов на водных объектах
- Концепция технологии реабилитации водных объектов и требования, предъявляемые к составу биоминерального комплекса
- Наращивание активной биомассы на опоке и определение сорбционной емкости БМК по нефтепродуктам
- Оценка ситуации при аварийном разливе нефтепродуктов и доставка технических средств для ликвидации нефтяного разлива
Введение к работе
Загрязнение природной среды нефтью и нефтепродуктами - наиболее актуальная экологическая проблема нашего времени. Нефть в промышленном отношении является одним из важнейших органических веществ. Ее используют не только как топливо, но и как сырье для глубокой переработки, продукты которой применяются практически во всех отраслях народного хозяйства. Ни одно другое загрязняющее вещество не может сравниться с нефтепродуктами по широте распространения, количеству источников загрязнения, величине единовременных нагрузок на все компоненты природной среды.
Загрязнение водной среды нефтепродуктами представляет серьезную угрозу для здоровья и качества жизни населения, а также для окружающей среды в целом. Это связано как с широким распространением данного вида загрязнения, так и с большими трудностями его локализации и ликвидации.
Нефтепродукты наносят значительный ущерб жизни в поверхностных слоях водоема, а также прибрежной флоре и фауне. Тяжелые нефтепродукты оседают на дно или адсорбируются на каменистом грунте и песчаных отмелях и тем самым подавляют жизнь гидробиоитов. Нефтяная пленка изолирует воду от поступления в нее атмосферного кислорода, замедляя фотосинтез и образование кислорода. Это приводит к затуханию развития планктонических форм, что сказывается на нарушении цепи питания гидробиоитов, населяющих водоем [1]. Поэтому разработка новых и совершенствование существующих технологий ликвидации последствий техногенных контаминации нефтью и нефтепродуктами водных объектов - весьма актуальная проблема.
Технологии локализации, сбора, хранения и утилизации плавающих нефтепродуктов достаточно хорошо разработаны и широко используются на практике. Однако, вопросы реабилитации водоисточников, загрязненных нефтепродуктами, находящимися растворенном или коллоидном состояниях, требуют дальнейших исследований. Отдельные фракции нефтепродуктов хорошо растворимы в воде [2-6]. Известно, что уже в течение первых суток после сброса концентрация нефтепродуктов в воде может превысить их предельно допусти-
5 мую концентрацию в тысячу раз [6-7]. Под влиянием волн и течения нефть и нефтепродукты эмульгируют и проникают в более глубокие слои водной толщи [8-9]. Есть данные, согласно которым из 100-тонного слива 5 тонн нефти проникает в пятиметровый нижележащий слой воды в первые сутки [7]. Все это вносит значительные негативные изменения в экосистему водного объекта.
Такое перераспределение нефтепродуктов в водной среде позволяет отметить незаконченность технологии ликвидации последствий аварийных ситуаций, связанных с попаданием нефтепродуктов в речные потоки, только на стадии их сбора с поверхности воды.
Наиболее эффективным методом очистки природных водоисточников от нефтепродуктов является сорбционный с применением дешевых и доступных сорбентов [10]. Следует подчеркнуть, что сорбцию нефтепродуктов, оставшихся в воде после сбора плавающей пленки, приходиться выполнять в толщи воды при относительно низкой их концентрации. Это в значительной мере усложняет процесс реабилитации водного объекта. В случае, когда часть сорбента после извлечения нефтепродуктов оседает на дно водного объекта, возможно вторичного загрязнения последнего [11]. Учитывая значительный объем воды загрязненной растворенными нефтепродуктами, необходимость обеспечения хорошего контакта с ними сорбента, сложность извлечения последнего из водоисточника, перед исследователями стоит целый ряд технологических проблем, требующих своего решения [12-13].
Следует подчеркнуть, что медленно и сверхмедленно окисляющиеся фракции нефтепродуктов способны находиться в воде неопределенно долгое время, повышая общий фон загрязнения водного объекта [2]. Этот факт ставит перед исследователями задачу быстрого разложения этих фракций. Наиболее перспективен способ их биоокисления с помощью адаптированной к нефтепродуктам микрофлоры [14-18]. Это способствует ускоренной деградации нефтепродуктов, удерживаемых сорбентами [14-15, 18].
В связи с этим, поиск малотоксичных средств и эффективных технологий, обеспечивающих не только глубокое очищение водных объектов от нефтепро-
дуктов, но и деструкцию последних, является чрезвычайно актуальным. Такие технологии могут способствовать восстановлению биопотенциала нарушенных водных экосистем.
Для реабилитации водоисточников, загрязненных в результате аварийных сбросов нефтепродуктами, в настоящей работе предложен биоминеральный комплекс (БМК), представляющий собой органоминеральный природный сорб-ционный материал, являющийся одновременно носителем нефтеокисляющей микрофлоры. Перспективность использования БМК заключается в возможности совмещения в одном комплексе двух процессов очистки воды: физико-химического метода, обеспечивающего сорбцию нефтепродуктов природными сорбентами, и деструкцию последних биологическим методом. Это позволяет исключить технологический процесс удаления сорбента из водного объекта после его использования. Деструкция извлеченных из водной толщи нефтепродуктов позволяет говорить об экологичности предлагаемой технологии реабилитации водных объектов, загрязненных нефтепродуктами.
Целью настоящего исследования разработка технологии восстановления качества поверхностных водных объектов, загрязненных в результате аварийных сбросов растворенными нефтепродуктами, основанной на использовании сорбента с иммобилизованной на нем нефтеокисляющей микрофлорой -биоминерального комплекса (БМК).
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
проведены исследования по выбору сорбента-носителя микрофлоры;
разработана технология приготовления, нанесения и консервации биомассы на сорбенте;
изучена динамика процесса деструкции нефтепродуктов иммобилизованной на сорбенте нефтеразрушающей микрофлорой в условиях речного дна и влияние на него факторов водной среды;
разработаны алгоритмы технологии восстановления качества поверхностных вод, загрязненных в результате аварийных сбросов растворенными нефтепродуктами, на основе применения биоминерального комплекса.
Предмет исследования - динамика процесса деструкции нефтепродуктов иммобилизованной на сорбенте нефтеразрушающей микрофлорой.
Объектом исследования является биоминеральный комплекс, предназначенный для восстановления качества поверхностных водных объектов, загрязненных нефтепродуктами в результате аварийных сбросов.
Методы исследований. В работе использовался комплекс методов исследования, включающий: теоретические изыскания, лабораторное и натурное моделирование, системный подход к анализу материалов, полученных автором в результате собственных исследований и обобщения опыта отечественных и зарубежных исследователей, химический и микробиологический анализ воды. Для количественного описания экспериментальных данных использовались стандартные методы и пакет прикладных статистических программ для ПЭВМ (Microsoft Excel, Statsoft Statistica 6.0).
Научная новизна исследований:
впервые определены зависимости динамики процесса деструкции растворенных нефтепродуктов иммобилизованной на природном сорбенте (опоке) микрофлорой от факторов водной среды (в частности, температуры воды и концентрации растворенного в ней кислорода);
впервые определены условия консервации (способ сушки, температура, влажность), обеспечивающие быструю реабилитацию иммобилизованной на опоке микрофлоры.
Практическая значимость. Разработана технология реабилитации водных объектов, загрязненных в результате аварийных сбросов растворенными нефтепродуктами, с использованием биоминерального комплекса.
Предложен расчетно-программный комплекс определения необходимого количества БМК и места развертывания сил ГО и ЧС для ликвидации последствий аварий, связанных с поступлением нефтепродуктов в речной поток.
Предложенная технология обеспечивает достаточно эффективное и быстрое восстановление биопотенциала нарушенных водных экосистем, без необходимости извлечения БМК из водного объекта после его использования.
8 На защиту выносятся:
концепция реабилитации водных объектов, загрязненных растворенными нефтепродуктами, на основе использования БМК;
способ иммобилизации и условия последующей консервации биомассы на сорбенте;
технология реабилитации водных объектов, загрязненных в результате аварийных сбросов нефтепродуктами, с использованием биоминерального комплекса;
математическая модель и расчетно-программный комплекс для определения необходимого количества БМК и места развертывания сил гражданской обороны для ликвидации последствий аварии, связанной с поступлением нефтепродуктов в речной поток.
Реализация результатов работы. Результаты исследований включены в перспективный план научно-исследовательских и конструкторских работ системы ЧС Свердловской железной дороги - филиала ОАО «РЖД» на 2007— 2008г.г.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на IV научно-технической конференции «Молодые ученые транспорту» г. Екатеринбург, 2003 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» г. Екатеринбург, 2003 г.; VI Международном конгрессе «Вода: экология и технология» Экватэк-2004 г.Москва 2004 г.; V научно-технической конференции «Молодые ученые транспорту» г. Екатеринбург 2004 г.; VIII международном симпозиуме и выставке «Чистая вода России-2005» г. Екатеринбург, 2005 г.; Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Молодые исследователи - регионам» г. Вологда, 2005 г.; VII Международном конгрессе «Вода: экология и технология» Экватэк-2006 г. Москва 2006 г.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 6 статей из них 1 в журнале, рекомендованном ВАК для публикаций результатов диссертации, 4 тезиса докладов конференций, 1 отчет о НИР, общим объ-
9 емом 9,16 п.л., из них авторские 5,96 п,л.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, перечня цитируемой литературы, включающего 141 источник. Работа изложена на 142 страницах печатного текста, содержит 39 рисунков, 45 таблиц.
Способы ликвидации последствий аварийных разливов нефтепродуктов на водных объектах
Основными источниками загрязнений окружающей среды нефтью и нефтепродуктами являются добывающие предприятия, системы перекачки и транспортировки, нефтяные терминалы и нефтебазы, хранилища нефтепродуктов, железнодорожный транспорт, речные и морские нефтеналивные танкеры, автозаправочные комплексы и станции. Значительное число хранилищ нефтешла-мов и отходов, построенных с начала 50-х годов, превратилось из средства предотвращения нефтезагрязнении в постоянно действующий источник таковых [1,19-22].
Значительная часть нефтепродуктов попадает в окружающую среду в результате аварийных ситуаций [23]. Наиболее сложными случаями являются нефтяные разливы на поверхности воды. Особенно актуальна эта проблема в России в связи с изношенностью оборудования и систематическим несоблюдением ряда требований технологической дисциплины при добыче, переработке и транспортировке нефти и ее продуктов [24-27]. Постоянным источником аварий является сеть нефтепроводов. Так, в СНГ ежегодно происходит до 700 крупных разрывов нефтепроводов, при этом потери достигают, по разным источникам, 2-7% добываемой нефти [25].
На угрожающем уровне находится нефтяное загрязнение Мирового океана [24,28]. Межконтинентальная транспортировка нефти и нефтепродуктов, осуществляемая нефтеналивными судами, составляет почти половину общего объема морских перевозок. Каждый 50-й рейс танкеров оказывается аварийным, и на каждый миллион тонн нефти образуется в среднем 160 т ее разливов. Особенно катастрофичны по последствиям аварии на супертанкерах. В настоящее время одна треть океанической поверхности покрыта нефтяной пленкой [24].
Общее поступление нефтяных углеводородов в морскую среду оценивается в 3,2 млн. т ежегодно. Из наиболее существенных их источников отметим следующие, млн. т: 1,1 - транспорт нефти; 0,7 - бытовые стоки; по 0,3 - поступления из атмосферы и дизельное топливо; 0,2 - неочищенные промышленные воды [24].
На территории нашей страны добываются и транспортируются огромные количества углеводородного сырья и топлива. В 1998 году общая протяженность магистральных трубопроводов в России составила 214 тыс. км, и она непрерывно растет (преимущественно за счет газопроводов). Жидкие углеводороды проходят через систему 1600 нефтебаз и хранилищ нефтепродуктов и 30 нефтеперерабатывающих заводов. Сеть продуктопроводов протянулась по густонаселенным территориям центра европейской части России и исключительно ценным в сельскохозяйственном отношении районам юга России. Магистральные трубопроводы проходят вблизи населенных пунктов и промышленных предприятий, 15 тысяч раз пересекают железные и шоссейные дороги, 2 тысячи раз - реки, каналы и озера [25].
К настоящему времени значительная часть магистральных трубопроводов на территории России устарела: 30 % газопроводов и 46 % нефтепроводов эксплуатируются более 20 лет, а 5 % газопроводов, 25 % нефтепроводов и 34 % продуктопроводов построено более 30 лет назад, то есть для них уже превышен расчетный ресурс. В таком же положении находятся 30 % перекачивающих агрегатов. По этой причине на магистральных трубопроводах аварии, в том числе с тяжелыми экологическими последствиями, происходят достаточно часто. В среднем за год на каждые 3000 км трубопроводов приходится по одной аварии [21,25].
На предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности одним из основных источников возникновения аварийных ситуаций является технологическое оборудование и трубопроводы. В среднем более 40% аварий происходит вследствие неудовлетворительного технического состояния оборудования (порядка 60% резервуарного парка на объектах нефтепродуктообеспечения эксплуатируется более 50 лет [22]), до 7% аварий - из-за неработоспособности средств противоаварийной защиты, контрольно-измерительных приборов и автоматики, до 7% - по причине конструктивных и производственных недостатков и дефектов оборудования, поступающего с заводов-изготовителей [25].
Значительное количество аварий, связанных с загрязнением водных объектов нефтепродуктами, происходит при их транспортировке. Наиболее распространенными видами инцидентов остаются утечки опасных грузов в пути следования. В 1997 г. на железных дорогах из-за неисправности вагонов зарегистрировано 1200 случаев утечки опасных грузов, большинство утечек (80% случаев) произошло из вагонов-цистерн, находящихся в собственности ОАО «РЖД», вследствие неудовлетворительного качества ремонта вагонов и низкого уровня подготовки подвижного состава для погрузки и транспортировки опасных грузов [25,29].
Абсолютное большинство (89-96 %) аварийных разливов нефтепродуктов вызывают сильные и, как правило, необратимые нарушения природных экосистем [28, 30-34]. Например, бассейн реки Оби в результате аварий ежегодно поступает до 1,5 млн. т нефти, 1200 ручьев и 250 рек потеряли рыбохо-зяйственное значение вследствие загрязнения нефтепродуктами. По статистическим данным [23, 25] в поверхностные водоемы поступает около 4-5 млн.т. нефтепродуктов в год. Около 12 млн. т ежегодно выносится российскими реками в моря [23,35].
Данные об аварийных разливах нефтепродуктов на территории Российской Федерации за последние 10 лет, имевших наиболее серьезные экологические последствия, приведены в таблице 1.
Нефть и нефтепродукты относятся к веществам 4-го класса опасности. Лимитирующий показатель вредности всех нефтепродуктов органолептиче-ский. Предельно допустимые концентрации в воде водоемов хозяйственно-бытового водопользования составляют 0,3 мг/дм3, рыбохозяйственного водопользования - 0,05 мг/дм3. Предельно допустимые концентрации нефтепродуктов в питьевой воде составляют 0,3 мг/дм3 [36].
Концепция технологии реабилитации водных объектов и требования, предъявляемые к составу биоминерального комплекса
Кроме того, способность использовать нефть в качестве источника энергии присуща не только конкретным специализированным формам микробов, а широкому кругу бактерий и микроскопических грибов [88, 71-72, 89, 91-95]. Основное количество нефтеокисляющих микроорганизмов относится к родам Bacillus, Bacterium, Pseudomonas, Rhodococcus, Achromobacterium, Arthrobacter, Actinomyses, Micrococus, Mycobacterium. Причем, согласно данным [8, 73-75, 96-98], около 60 % всех окислителей углеводородов приходится на бактерии группы Pseudomonas.
Окисление углеводородов нефти микроорганизмами происходит лишь при непосредственном контакте с клетками. В микробиологическом процессе окисления различают две фазы. Первая (сорбционная фаза) - это физико-химические явления, в результате которых клетки микроорганизмов сорбируются на поверхности углеводородов, находящихся в водной среде в коллоидно-растворенном и эмульгированном состоянии. Вслед за этим начинается вторая - биологическая фаза, т. е. последовательное окисление нефтепродуктов, начиная с низкомолекулярных компонентов (алифатических, ароматических и гетероциклических углеводородов) [73].
Скорость и полнота разрушения нефти в воде зависит от различных факторов, в частности, от наличия биогенных соединений [91, 99-100]. Сущест 31 венную роль в окислении нефти бактериями играет температура [92-95, 99 101]. Наиболее хорошо микроорганизмы развиваются при температурах 20 30С, хотя известны случаи окисления углеводородов при 0 и 60 С [100].
На интенсивность окисления углеводородов существенно влияет их способность к дисперсии или растворимость в воде [5, 102-102]. Поскольку большинство жидких и твердых углеводородов слабо растворимы в воде, их использование микроорганизмами зависит от степени эмульгирования, иммобилизации на твердых телах и т.д. [4, 8, 101]. Важнейшим фактором успешного окисления нефти бактериями является достаточное количество кислорода, которое требуется для преобразования нефтяных фракций, с одной стороны, в биомассу общего состава СПНЦОЗ, а с другой - в С02 и Н20 [102]. По данным [99], для окисления 1 л нефти в море расходуется 3300 г кислорода. Для практического использования в целях очистки воды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами используют препараты, состоящие как из одного вида бактерий, так и смешанных культур, способных к деградации широкого спектра углеводородов [18, 76, 99]. Эффект от внесения биопрепарата в воду наблюдается в случае обеспечения благоприятных условий для их жизнеспособности (температура, рН, окислительно-восстановительные условия, доступные источники азота, фосфора и магния [75, 91, 101].
В настоящее время различными научно-исследовательскими и коммерческими организациями предлагается значительное количество биологических методов очистки природных водоемов от хронических и аварийных загрязнений их нефтепродуктами.
В работе [78] предложены биопрепарат «Биоприн», а также биопрепараты серии «Биодеструктор» второго поколения: «Аллегро», «Валентис», «Лидер», «Торнадо». Эти препараты предназначены для очистки от нефтяных загрязнений поверхности почвы, воды, а также различных емкостей и хранилищ. Основным компонентом биопрепаратов являются бактериальные биомассы при 32 родных сапрофитных штаммов Acinetobacter valentis, Acinetobacter bicoccum,
Rhodococcus maris и Acinetobacter sp., выделенные из активного ила нефтеперерабатывающего завода и загрязненных нефтепродуктами образцов почвы. Готовый продукт представляет собой мелкодисперсный порошок желтого цвета, в 1 г которого содержится примерно 10 живых клеток. По данным разработчика все вышеперечисленные биопрепараты эффективны в диапазоне температур от + 10 до + 50 С и внесении основных биогенных элементов (аммония азота, водорастворимых солей фосфора, калия и магния), при отсутствии токсичных для биопрепаратов соединений.
Биопрепарат «Деворойл» [80], являющийся совместной разработкой института Микробиологии РАН и АО «Башресурсы», представляет собой тщательно подобранное сообщество нефтеокисляющих микроорганизмов (НОМ) и дрожжей, выделенных из природных экосистем. Препарат вырабатывается в гранулах и в виде порошка. «Деворойл» предназначен для работы на границе контакта воды с углеводородами и непосредственно в толщенефтяного слоя.
По данным [17] серия биопрепаратов под общим коммерческим названием НАФТОКС, предназначенных для ускоренной очистки почв, грунтов и водоемов от нефтезагрязнений. В биопрепаратах используются живые культуры углеводородокисляющих микроорганизмов (Mycobacterium, Pseudomonas, Rhodococcus, Acinetobacter и др.)
В работе [79] описан комплекс технических решений по ликвидации нефтяных загрязнений воды и почвы с применением бактериального препарата «Путидойл». Этот сухой бактериальный препарат получен на основе природного штамма углеводородоокисляющих бактерий Pseudomonas putida 36. Процесс обезвреживания основан как на действии самих вносимых с препаратом микроорганизмов, так и стимуляции активности местных микроорганизмов за счет внесения дополнительной подкормки в виде минеральных солей - источников азота и фосфора. По данным разработчиков препарат способен очи 33 щать воду с загрязненностью до 25 г/дм3 и почву с загрязненностью до 10 кг/м3.
Однако, по данным исследований [81] использование для очистки водоемов от нефти препарата «Путидойл», как и многих других биопрепаратов, содержащих в большом количестве биогенный субстрат (95,53 %) и применяемого совместно с нитроаммофоской, служащими питательной средой для многих микроорганизмов, сопровождается отрицательным влиянием, которое выражается в снижении самоочищающей способности водоема от бактериального загрязнения.
Исследование механизмов самоочищения воды и направленное регулирование этих процессов является, составной частью биоремедиационных технологий, разрабатываемых и применяемых для очистки, восстановления и охраны окружающей среды [4, 18, 102, 103]. Биоремедиация с использованием препаратов нефтеразрушающих микроорганизмов в природных условиях существенно ускоряется при использовании следующих двух методик: иммобилизации микробной флоры на субстратах с большой удельной поверхностью [4, 18, 73] и использования фотосинтезирующих организмов (водорослей и плавающих водных растений) в качестве компонента биофильтра - при фиторемедиации [77]. Перспективность этих вариантов методов очистки широко признана и с 1995 г. ежегодно проводятся международные конференции по биоремедиации и фиторемедиации.
Наращивание активной биомассы на опоке и определение сорбционной емкости БМК по нефтепродуктам
При ликвидации нефтяного загрязнения, решающее значение имеет фактор времени. По существующим нормам доставка и размещение технических средств для локализации и сбора нефти в районе аварийного разлива нефти должна производиться с учетом необходимости ввода их в действие в минимально короткое время не позднее, чем через 6 ч с момента получения сообщения. В этом смысле эффективным могло бы явиться создание на водных объектах сети опорных реабилитационных пунктов (ОРП).
Цель создание ОРП: - обеспечение беспрепятственного подъезда спецтехники в случаях возникновения аварийной ситуация, связанной с попаданием в водный объект различного рода загрязнений; - обеспечение оптимальных условий для развертывания оборудования, используемого при ликвидации данной аварийной ситуации. Выполнение первого требования может быть достигнуто созданием подъездных путей с грунтовым или щебеночным покрытием. Второе достигается путем установки анкерных креплений по берегам водотока для быстрой установки навесных мостов, сооружений и оборудования. Для создания сети ОРП необходимо проведение ряда исследований, позволяющих выделить водные объекты, с которыми связано или может быть связано наибольшее количество различных аварийных ситуаций, а также места расположения ОРП, учитывающие гидрологические и морфологические характеристики водного объекта, возможные пути проникновения в него нефтепродуктов, места водозаборов, вопросы планирования и оперативного управления силами и средствами по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на базе сети ОРП. В соответствии со спецификой ее функционирования планирование работы должно осуществляться на трех уровнях [47]: - разработка планов для управления комплексами превентивных мероприятий в режиме повседневной деятельности; - разработка планов действий сил и средств на базе ОРП при введении режима повышенной готовности; - разработка типовых базовых и оперативных планов действий аварийно-спасательных бригад непосредственно в очагах ЧС. При решении задач планирования и управления силами и средствами можно применить сценарный подход, основой которого является представление об обстановке и выработке ответных действий в ходе развития ЧС в форме сценариев, используемых в качестве инструмента для принятия плановых и оперативных решений, координации ответных действий, предпринимаемых системой управления. При этом под сценарием понимается модель изменения обстановки, связанной с возникновением и развитием ЧС и определяемой в дискретном временном пространстве с заданным временным шагом.
Кроме того, необходимо создание информационной базы, содержащей данные о гидрологических (скорость течения, расход воды и др.) и гидроморфологических (ширина, глубина, характеристика дна, берегов, заболоченность и т.д.) параметрах водного объекта в районе ОРП. Это позволит в случае возникновения ЧС на водном объекте, оснащенном сетью опорных реабилитационных постов, оперативно сообщать аварийно-спасательной бригаде о том, где произошла авария, какие технические средства и оборудование необходимы, на какой из ОРП бригада должна прибыть, чтобы при данной скорости течения успеть доставить и развернуть технические средства и оборудование для ликвидации аварии.
Все эти расчеты достаточно сложные и трудоемкие, и в условиях форс-мажора практически не могут быть выполнены быстро и правильно. Тем не менее, для их реализации можно использовать ПЭВМ. Это тем более удобно, поскольку ПЭВМ так же может хранить информацию о гидрологических и мор-фометрических параметрах наиболее подверженных подобного рода загрязнениям водных объектах.
В настоящее время существует несколько эффективных программно-аппаратных комплексов, позволяющих прогнозировать развитие чрезвычайной ситуации (ЧС) при разливе нефти и нефтепродуктов с учетом географических, новигационно-гидрографических, гидрометеорологических и других особенностей района разлива, рассчитывать максимальный объем и площадь растекания нефтепродуктов при организации и проведении операции по ликвидации аварии.
Кроме того, возможен расчет количества сил и средств, необходимых для ликвидации ЧС, времени их доставки на место, а также организация взаимодействия сил и средств, занятых в ликвидации последствий разлива. Возможности программных комплексов позволяет использовать их для протоколирования аварийных ситуаций, составления отчетов о ходе операции по ликвидации разлива. В работе был разработан пример такой системы, реализованный на базе рабочей книги MS Excel. В качестве исходных данных для расчетов выступают: основные параметры водного объекта (скорость течения, ширина, глубина, расход воды); параметры аварийного сброса (объем сброса, его продолжительность и концентрация опасного вещества в общем объеме сброса); расстояние от места сброса до места ликвидации загрязнения; температура воды и, зависящая от нее, концентрации растворенного кислорода.
В состав системы входит ряд справочников, которые позволяют определить дополнительные параметры, необходимые для расчета: коэффициент шероховатости, который зависит от характера местности, рельефа дна, разработанности поймы и растительности; коэффициент продольной дисперсии, зависящий от коэффициента шероховатости и скорости течения; коэффициент смешения, зависящий от расстояния от точки сброса до места ликвидации и расхода воды; коэффициент скорости самоочищения, зависящий от загрязняющего вещества; значение ПДК. Значения этих коэффициентов определяются либо автоматически, либо вручную с помощью приведенных справочников.
Оценка ситуации при аварийном разливе нефтепродуктов и доставка технических средств для ликвидации нефтяного разлива
При оценке аварийной ситуации загрязненные участки водной поверхности условно разделяются по признакам, которые позволяют выбрать конкретные технические средства и технологические приемы.
Характеристика загрязненных участков водной поверхности включает в себя: время разлива нефти; площадь загрязненного участка; его глубину и ширину; покрытие растительностью; предварительную оценку толщины слоя нефти на водной поверхности, скорость течения, воды в реке, средний расход воды, характерный для данного месяца.
Для количественной оценки разлитой нефти на водной поверхности - ви по зуальный способ оценки нефтяного загрязнения наиболее простой. Этот способ основан на наблюдения за внешними признаками, сопровождающими процесс распространения нефти по поверхности воды. Руководствуясь этими признаками, можно ориентировочно определить степень загрязненности водоема [46]. На основании данных, полученных при осмотре зоны загрязнения, разрабатывается оперативный план, в котором содержится ситуационная часть, перечень подготовительных и восстановительных работ. Ситуационная часть плана содержит описание зоны загрязнения, где указана ее площадь и примерное количество нефти; обозначена расстановка технических средств и заграждений; указаны удобные подъездные пути для доставки технических средств; показано направление ветра и течения; дан прогноз погоды на ближайшие сутки; указан уровень воды в реке. План подготовительных работ содержит перечень мероприятий, необходимых для обеспечения сбора нефти. В этой части плана предусматривается доставка технических средств; организация временных баз размещения и хранения технических средств, оборудования, материалов и инструментов; привлечение и расстановка вспомогательных технических средств; расположение мест свалки мусора, загрязненного нефтью; меры пожарной безопасности; порядок взаимодействия всех средств и звеньев, участвующих в ликвидации нефтяного загрязнения; средства и способы связи; организация постов техники безопасности и медицинской помощи; размещение участников ликвидации нефтяного загрязнения на временное проживание и обеспечение их питанием (в случае необходимости). План восстановительных работ определяет порядок использования технических средств, темпы и очередность очистки от нефти загрязненных участков. По каждому пункту плана устанавливаются сроки выполнения и ответственные исполнители. При ликвидации небольшого нефтяного загрязнения, когда в работе участвуют 1-2 технических средств и все операции могут быть завершены не более чем за 12 ч, оперативный план не разрабатывается, а для оценки ситуации дос Ill таточно установить в общих чертах характер загрязнения и необходимые технические средства для его ликвидации. Оперативный план ликвидации аварийных разливов нефти корректируется в зависимости от изменения ситуации, например, при перемене погоды. По количеству разлитой нефти аварии можно разделить на малые (от 0,5 до20 м3) средние (от 20 до 100 м3) и большие (от 100 до 1000 м3 и более). Количество квадратных метров загрязненной площади может быть различное и зависит, как уже отмечалось, от многих факторов (скорости течения, количества разлитой нефти и т.д.). В связи с этим по величине загрязненной нефтью площади аварии можно условно классифицировать на малые площади загрязнения (от 5 до 100 м2), средние площади загрязнения (от 100 до 1000 м2) и большие площади загрязнения (свыше 1000 м2). Поэтому технологические схемы ликвидации последствий аварийных разливов нефти несколько отличаются одна от другой [48]. При ликвидации нефтяного загрязнения, решающее значение имеет фактор времени. По существующим нормам доставка и размещение технических средств для локализации и сбора нефти в районе аварийного разлива нефти должна производиться с учетом необходимости ввода их в действие в минимально короткое время не позднее, чем через 6 ч с момента получения сообщения. После оценки ситуации в районе аварийного разлива нефти, согласно оперативному плану производят доставку необходимых технических средств для ликвидации нефтяных загрязнений. В первую очередь доставляются технические средства для локализации нефтяного разлива (перекидной мост, боно-вые заграждения и др.), затем средства для сбора разлитой нефти (нефтесбор-ная труба, резиновые шланги, насосы и т. д.) и средства для временного хранения и транспортировки водонефтяной смеси и мусора (автоцистерна, цистерна-прицеп), а также вспомогательные технические средства, необходимые для проведения указанных работ.
