Работы по ликвидации последствий аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности подразделяются на три этапа: обнаружение разлива, локализация разлива и сбор и (или) ликвидация разлившихся нефтепродуктов.
Основная задача при ликвидации последствий аварийных разливов нефтепродуктов на водной поверхности - ни при каких обстоятельствах не допустить загрязнения береговой полосы, так как в этом случае затраты на ликвидацию последствий аварии возрастают многократно.
Эффективное решение этой задачи возможно при следующих условиях:
1. Аварийный разлив нефтепродуктов должен быть обнаружен в кратчайшие сроки непосредственно после возникновения аварийной ситуации.
2. В качестве нефтесборочных судов должны использоваться не дорогие специализированные корабли, а мобилизоваться любые суда, имеющие соответствующее водоизмещение и находящиеся в непосредственной близости от места аварии.
3. Весовые характеристики оборудования, применяемого для сбора и утилизации нефтепродуктов, должны позволять доставлять его вертолетами к месту аварии на мобилизованные суда.
4. Одно и тоже оборудование должно уверенно работать с любыми типами нефтепродуктов в любых погодных условиях, приемлемых для движения используемых судов, и при любой толщине пленки нефтепродукта свыше 100 мкм.
5. Основной характеристикой применяемого оборудования должна быть производительность, измеряемая в единицах очищаемой площади водной поверхности в единицу времени.
6. Аварийные бригады, обеспечивающие работу оборудования на месте аварии, должны формироваться и комплектоваться на принципах, аналогичных формам и методам работы немецких добровольных пожарных команд.
1. Обнаружение разливов.
К основным требованиям по контролю за антропогенным нефтяным загрязнением водной поверхности можно отнести следующие: оперативное обнаружение нефтяных пятен (сликов) при любых погодных условиях и в любое время суток; определение размеров сликов и идентификация источника утечки. Оптимальным здесь является использование авианоситеяя, вооруженного ИК/УФ сканером со строчной разверткой и синхронной телекамерой, а также двунаправленным радиолокатором бокового обзора.
В качестве дополнительного средства следует применять флуоресцентный лазер, позволяющий идентифицировать пятна нефти не только на воде, но и на почве, снеге и льде. Такой комплект аппаратуры в сочетании с современным мощным бортовым вычислительным комплексом и соответствующим программным обеспечением способен полностью разрешить проблему контроля за аварийными разливами. Однако, следует помнить, что для уверенной и качественной обработки результатов измерений в этом случае необходимо в памяти бортовой ЭВМ иметь большой набор эталонных измерений в натурных условиях, а на борту авианосителя должен постоянно присутствовать профессиональный оператор со специальной подготовкой в несколько сотен часов. Именно поэтому только службы береговой охраны США и Канады используют аналогичное оборудование на регулярной основе.
Очевидно, что такая сложная техника не может входить в оснащение аварийных бригад и должна находиться в распоряжении какой-либо мощной государственной структуры типа береговой охраны или гидрометеослужбы.
2. Локализация разливов на водной поверхности.
Для ликвидации нефтяных разливов и предотвращения их выбросов на берег или береговые сооружения используются механические (боновые заграждения) и физико-химические (поверхностно-инактивные вещества) собиратели нефти.
При наличии соответствующих возможностей оптимальным является одновременное применение обоих методов. Так, например, при попадании нефти в реку с талыми водами механические боны, перегораживая реку, препятствуют продвижению нефти вниз по течению. В то же время сплошная нефтяная пленка будет беспрепятственно накапливаться и распространяться вверх по течению, если не применять химический собиратель нефти типа Shell Herder. Такой химический собиратель при расходе его в 50 литров на 1 квадратный километр загрязненной поверхности за счет резкого роста поверхностного натяжения способен увеличивать толщину нефтяной пленки на поверхности воды до 3 миллиметров. В результате многократно уменьшается площадь загрязнения поверхности реки и упрощается процедура сбора нефти, так как при толщине нефтяной пленки свыше 3 мм оказываются высокоэффективны большинство конструкций скиммеров, выпускаемых в настоящее время.
В условиях мирового океана при аварийных разливах большого объема, когда нефтяной пленкой толщиной менее 1 мм покрывается поверхность моря площадью в десятки и сотни квадратных километров, использование боновых заграждений не эффективно. Применение же химических собирателей нефти целесообразно в любых условиях.
3. Сбор нефти с водной поверхности.
На сегодняшний день в зависимости от конкретных условий более или менее успешно применяются следующие методы сбора нефти и нефтепродуктов с водной поверхности: механические нефтесборщики с сепарацией собранной водонефтяной эмульсии на месте аварии или в стационарных условиях; обработка нефти сорбентами с удельным весом >1 с последующим осаждением нефтенасыщенного сорбента на дно водоема и с удельным весом <1 с последующим сбором с поверхности; обработка водонефтяной смеси химическими диспергаторами (эмульгаторами), обеспечивающими рассеяние и ускоренное биохимическое окисление (разложение) нефтепродуктов в воде; сжигание нефти непосредственно на поверхности воды.
За исключением механических нефтесборщиков и легких сорбентов все вышеперечисленные средства вносят вторичное загрязнение в окружающую среду и применимы только в специальных случаях.
Адсорбция с последующим удалением сорбента, впитавшего находящуюся на поверхности воды нефть, считается одним из наиболее эффективных способов ликвидации аварийных разливов, тем паче, что такие сорбенты равно применимы для сбора нефти как с поверхности воды, так: и при ликвидации разливов на поверхности почвы. В то же время использование сорбентов является наиболее дорогим из известных методов борьбы с нефтяными разливами - стоимость удаления 1 литра нефти составляет от О.13$ до 2.0$, что объясняется большими затратами труда на рассеивание, сбор, уничтожение или захоронение сорбентов.
Абсолютное большинство применяемых сегодня конструкций механических скиммеров основано на использовании того или иного олеофильного (гидрофобного) материала - металла, пластмассы или покрытия. Главным недостатком таких скиммеров является их низкий коэффициeнт полезного действия (КПД) при небольшой толщине нефтяной пленки на поверхности воды. Как правило, при толщине нефтяной пленки менее 3-4 мм в откачиваемой скиммером водонефтяной смеси содержание нефти не превышает (1-10)% от общего объема и необходима последующая длительная процедура разделения собранной водонефтяной эмульсии в береговых (судовых) отстойниках или других известных на сегодняшний день крупногабаритных или энергоемких конструкциях сепараторов неустойчивых эмульсий.
Как известно, необходимость в разделении неустойчивых эмульсий достаточно часто возникает в самых разных областях промышленности. Для решения этих проблем сегодня используются в сочетании или по отдельности установки следующих основных типов: статические или динамические отстойники, флотационные машины, различного вида центрифуги, коалесцентные фильтры, электрокоагуляторы и т.д. За исключением коалесцентных фильтров все эти конструкции и методы отличаются либо большими габаритами, либо большим энергопотреблением
Применяемые в настоящее время сепараторы неустойчивых эмульсий на основе коалесцирующих фильтров широко применяются в различных технологических процессах, но, прежде всего, для водонефтяных эмульсий в области охраны окружающей среды. В качестве фильтрующего материала в таких сепараторах используются твердые пористые гидрофобные (олеофильные) вещества, типа гранулированного полиэтилена высокого давления или очищенного кварцевого песка.
В свою очередь, при очистке нефти от воды используются фильтры из гидрофильных (олеофобных) материалов. Для каждого конкретного, как молекулярного, так и концентрационного состава эмульсии разработчики сепараторов на основе коалесцентных фильтров подбирают вещество фильтра, оптимальное в рамках поставленной задачи. Необходимость оптимизации вещества фильтра является одним из главных недостатков этой конструкции.
Для коалесцентных фильтров характерен, так называемый, эффект "захлебывания", когда при увеличении в очищаемых сточных водах концентрации нефтепродуктов свыше некоего предельного значения (40-50 г/л) установка резко снижает качество разделения. К недостаткам любых типов сепараторов, использующих фильтры различной конструкции, можно также отнести трудности конструирования установок большой пропускной способности (свыше 20-30 кубометров в час) и необходимость периодической замены или регенерации фильтрующего материала.
В 1990-95 г.г. в России были разработаны и испытаны на практике новые конструкции коалесцентных сепараторов неустойчивых эмульсий, основанные на применении Российских и иностранных патентов (GB-A-2 089 670, US-A-3 374 894, РФ-2053008). Эти сепараторы эффективно используются в России для очистки поверхностных и производственных сточных вод от нефти и нефтепродуктов с 1995 года и в настоящее время установлены на более, чем 100 промышленных предприятиях.
Главной особенностью этих конструкций является использование коалесцентного фильтра, контактная масса вещества которого представляет собой одну из жидкостей или обе жидкости, входящих в состав разделяемой эмульсии.
В результате создан коалесцентный сепаратор со следующими основными характеристиками:
ЧТО РАЗДЕЛЯЕТ (сепарирует) - любые неустойчивые эмульсии любого вещественного и концентрационного состава и, в частности, водонефтяные эмульсии.
КАК РАЗДЕЛЯЕТ (качество сепарирования) - во всех случаях гарантируется чистота разделения составляющих эмульсии на 99%.
В частности, для водонефтяных эмульсий ЛЮБОГО концентрационного состава содержание нефти и (или) нефтепродуктов в очищенной воде в зависимости от удельного веса и вязкости нефтяной составляющей может колебаться в пределах от 5 мг/л до 50 мг/л, но в большинстве случаев не превышает величины в 8-12 мг/л. Такая очищенная вода может сбрасываться обратно в водоем. Остаточная нефть в сбрасываемой воде представлена в виде тонкодисперсной устойчивой эмульсии, то есть в форме, наиболее оптимальной для последующего ускоренного биохимического разложения.
Содержание воды в отделенных нефти и(или) нефтепродуктах колеблется в пределах от 0.1% до 2.0% и, как правило, не превышает 1%. Эти нефтепродукты могут сжигаться непосредственно на месте аварии в горелках известных конструкций, поставляемых в комплекте коалесцентного сепаратора.
УДЕЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ (габариты и энергопотребление) - в зависимости от конкретной модели коалесцентный сепаратор может перерабатывать до десяти своих внутренних объемов в час без потребления электроэнергии за исключением работы подающего насоса. Транспортируемый вес комплекта такого сепаратора производительностью в 100 кубометров водонефтяной эмульсии в час не превышает 3-4 тонн. При этом стоимость удаления 1 литра нефти с поверхности воды будет по крайней мере на порядок ниже, чем в случае применения сорбентов, а качество очистки водной поверхности заведомо выше.
Производство этой простой и дешевой конструкции можно реализовать практически на любом машиностроительном предприятии. Для обслуживания сепаратора не требуется специально обученного персонала.
4.Оснащение аварийных бригад.
Проблема дистанционного обнаружения нефтяных разливов требует очень сложного технического обеспечения и вряд ли может быть передана добровольным аварийным бригадам. Видимо, оптимально создание специальной службы наблюдения или организация соответствующих подразделений в уже действующих организациях авианадзора (пожарная авиация, пограничники, береговая охрана и т.д.).
В свою очередь локализация разливов и сбор разлившейся нефти - прямая задача аварийных бригад. В состав комплекта оборудования каждой аварийной бригады должны входить:
- запас химического собирателя нефти типа Shell Herder или аналогичного с соответствующими переносными и ранцевыми пульверизаторами для его распыления;
- эффективный скиммер современной конструкции;
- мобильный коалесцентный сепаратор неустойчивых эмульсий, описанный в разделе 3 настоящей работы;
Каждая аварийная бригада должна быть вооружена сепаратором внешним обьемом до 10 мЗ и производительностью по нефтесодержащей воде до 100 м3/час, который доставляется к месту аварии вертолетом, устанавливается на палубе мобилизованного для ликвидации аварии судна и имеет в комплекте несколько выносных скиммеров стандартной конструкции. Очищенная от нефти вода сбрасывается обратно в акваторию, а отсепарированная нефть сжигается на месте аварии или (при возможности) сливается в трюмы соответствующего нефтеналивного судна.
