К настоящему времени наметились три основные направления очистки загрязненных вод морей и рек, а именно: механический сбор с поверхности вод мусора и нефтяных пленок, химическое воздействие на нефтяные пленки и биологическое разложение пленок.
Наибольшее распространение получил первый — механический метод. При таком методе небольшие специальные суда или плавучие агрегаты выполняют разные по степени сложности операции — от простого сбора с поверхности воды плавающего мусора до улавливания и сепарации нефтепродуктов. Собранный мусор и нефтесодержащие воды передаются на береговые станции для уничтожения и утилизации. Учрежденные в пароходствах инспекции контролируют соблюдение требований по предотвращению загрязнения гидросферы.
В настоящее время во всех основных речных и морских портах Советского Союза работают такие суда, обеспечивая очистку акваторий портов от мусора и нефтяных пленок, имеются самоходные баржи для приема контейнеров с производственным мусором от транспортных судов и большие зачистные плавучие станции. Созданы соответствующие береговые устройства.
Для ликвидации аварийных разливов нефти в акваториях и открытом море созданы оперативные штабы, которые принимают экстренные меры к устранению последствий таких разливов, для чего используются все имеющиеся средства. Оперативные штабы проводят периодические учения и тренировки для проверки работоспособности технических средств и приобретения навыков членами аварийных команд. Однако небольшие нефтесборщики для ликвидации аварийных разливов нефти (особенно крупных) малоэффективны.
Во многих странах продолжаются работы по изысканию надежных и эффективных средств для очистки водной поверхности. Накопленный опыт в этой области велик и многообразен, полученные результаты неоднозначны. За последние 15—20 лет в разных странах испытано довольно много средств и методов удаления нефтяных пятен с воды. Одни из них менее удачны, другие — более.
На первых порах, в частности во Франции, для удаления нефти пятно посыпали опилками или торфом, а затем полученную смесь собирали сетями.
В 1968 г. в Швеции был испытан более совершенный способ удаления нефтяного пятна с помощью прочной бумаги, захватывающей нефть и не впитывающей воду. Рулон такой бумаги диаметром 2,4 м устанавливали на носу катамарана, бумажную полосу пропускали между корпусами к корме, где ее закрепляли на вращающемся валу. По мере движения катамарана по загрязненной акватории бумажная полоса, касаясь воды, впитывала нефть и наматывалась на вал. Использованную бумагу сжигали. Такую же бумагу пытались просто расстилать на воде, чтобы не допустить загрязнения нефтью берегов. Однако этот способ очистки оказался все же дорогим и при больших загрязнениях требовалось много бумаги.
Лаборатория компании «Шелл» в Гааге для снятия нефтяной пленки с поверхности воды создала пористый материал, который после впитывания нефти выжимали специальной машиной. По расчетам, полоса длиной 300 м за сутки удаляет 100 т нефти. Однако проблемой остался поиск материала, который хорошо впитывал бы нефть, не впитывал воду и сохранял свою структуру после многократного выжимания.
В Швеции как будто бы удалось найти такое решение. В 1975 г. здесь проводилось испытание нового нефтесборщика, в носовой части которого имелось отверстие для забора загрязненной воды, поступающей затем на непрерывную ленту, проложенную вдоль судна. На этой ленте нефть отделяется от воды и направляется в соответствующие емкости, а очищенная вода сбрасывается через отверстие на корме. По расчетам, такое судно может собрать с поверхности моря 5—10 т нефти в час. В 1976 г. в шведском порту Норчёнинг начали регулярную работу катамараны, построенные по такому же принципу, но каждый катамаран длиной 12 м имеет четыре очистительные ленты, что существенно повышает их производительность.
В последнее время в Швеции создан новый мусоронефтесборщик также в виде катера-катамарана, но между корпусами его смонтирован ленточный конвейер со стальной перфорированной лентой, отличающейся повышенной адгезией к маслянистым веществам. Передний конец конвейера наклонен и затоплен. При движении катера движущаяся лента захватывает плавающий мусор и сбрасывает его в специальный бункер. Вода стекает через отверстия, а нефть прилипает к ленте и соскабливается специальными пластмассовыми скребками в особую емкость.
Во Франции создан легкий мусоросборщик массой 6 т, который с помощью специального винта, приводимого в движение дизелем мощностью 73 кВт, засасывает плавающий мусор и собирает его в контейнер. Сборщик предназначен для очистки акваторий портов и в рабочем состоянии движется со скоростью 5,5 км/ч, а в транспортном — 15 км/ч.
Для сбора нефтяных продуктов французские конструкторы создали также установку с небольшим гребным винтом в полом цилиндре, который в погруженном состоянии создает как бы воронку и туда втягивается нефть. При диаметре винта 1 м установка может собирать до 5000 л нефти в час, а при диаметре 2 м — до 15 тыс. л в час.
В конце 1973 г. в заливе Сан-Франциско (Калифорния, США) демонстрировался аналогичный аппарат, собирающий нефть с поверхности воды. Он представлял собой плавающий баллон с приемным устройством, действующим по принципу пылесоса. Однако производительность этого устройства была невысокой.
В ФРГ еще в 1975 г. была выпущена серия из 12 небольших судов — сборщиков нефти. Длина судна 15 м. Рабочая скорость (при очистке) 4 узла, ходовая — 8 узлов. Загрязненная вода втягивается насосом в корпус и после двукратного фильтрования через грубый и тонкий фильтры сбрасывается в море, а отделенная нефть собирается в емкость В час сборщик очищает 30 тыс. м2 водной поверхности.
Один из новейших проектов, разработанных в ФРГ (1983 г.), предусматривает создание системы максимальной производительностью 600 т/ч. Система включает нефтесборщик в виде погруженного до уровня поверхности воды отстойника, удерживаемого тремя понтонами и оборудованного двумя насосами. Один из этих насосов непрерывно откачивает воду со дна резервуара отстойника, создавая перепад уровней и обеспечивая поступление нефтяной пленки с водой с поверхности моря; второй насос (по мере накопления толстого слоя нефти в резервуаре) откачивает нефть в танкер, который буксирует нефтесборщик. Для повышения производительности системы предусматривается применение бонового заграждения, передвигаемого синхронно с нефтесборщиком двумя небольшими буксирами, с целью концентрации нефти на линии сбора и предотвращения растекания ее по поверхности воды.
Один из советских нефтесборщиков испытывался в США и показал очень высокие результаты: при спокойной воде судно собирает 95% разлитой нефти, при волнении сепарация нефти достигает 65%. Было признано, что эти параметры превосходят все известные образцы нефтесборщиков подобного рода. В СССР построено и работает уже более 200 нефтесборщиков такой системы.
В последнее время Черноморское центральное проектноконструкторское бюро Министерства морского флота СССР разработало новую систему удаления нефтяных разливов с воды. Она состоит из поплавкового устройства, пришвартованного к борту вспомогательного судна, и двух боновых линий, расходящихся от судна-нефтесборщика под углом в виде римской цифры V. При движении нефть, захваченная боновыми заграждениями, концентрируется у нефтесборщика и отсасывается в емкости. При пленке толщиной 1 мм производительность системы составляет 8 м3 нефти в час.
Сложный комплекс работ может выполнять судно «Светломор», созданное на базе достаточно крупного танкера. Оно используется прежде всего как мощная зачистная станция, но может быть привлечено для борьбы с аварийным разливом нефти в акватории порта или в открытом море. При одном проходе это судно очищает полосу шириной 24 или 60 м, а при использовании выносных боновых ограждений — до 250 м. Максимальная производительность «Светломора» может достигать 400 т в час.
При движении судна собирающаяся между плавучим ограждением и корпусом судна нефть с водой сливается через приемные окна (расположенные на уровне ватерлинии) в отстойные танки, откуда вода откачивается мощными насосами, а собранная нефть направляется в грузовые танки судна. Специальные приспособления в выносном устройстве позволяют удерживать нефть при высоте волны до 1,5 м. В транспортном положении бортовые приемные окна закрывают щитами. Кроме того, «Светломор» имеет оборудование для химического воздействия на нефтяную пленку путем распыления специального порошка (диспергента), когда невозможно (из-за сильного волнения) или нецелесообразно (из-за ничтожной толщины пленки) пользоваться основным методом очистки поверхности воды. Полоса обработки при этом составляет около 60 м.
В ФРГ разработан оригинальный проект судна (для сбора нефти с воды) в виде крупного танкера с двумя разделяющимися корпусами. Во время нормального плавания корпуса примыкают друг к другу и составляют как бы обычное судно. Для сбора с воды нефтяного слоя корпуса разводятся в виде римской цифры V до образования угла 65°, при котором носовые части расходятся на 80 м. Двигаясь в таком положении со скоростью 3 узла, сборщик с полосы 80 м сгоняет нефть в кормовую часть, откуда она засасывается в судовые емкости. При толщине пленки 2 мм производительность достигает 800 м3 нефти в час. За рабочую смену (7 ч) такое судно может собрать примерно 5 тыс. м3 нефти, а за сутки — около 15 тыс. м3. Эксперименты показали возможность работы этого нефтесборщика при высоте волны до 3 м.
Главное преимущество такой конструкции — возможность сбора нефти без дополнительных средств для ее охвата, т. е. без боновых заграждений.
При проливе нефти в реку или море, что имеет место не только при авариях с судами, но и во время погрузки-выгрузки, а также при заправке судов топливом, возникает необходимость как можно быстрее локализировать нефтяное пятно на поверхности воды. С этой целью предложено несколько устройств. Так, одна из английских фирм разработала гибкую нейлоновую трубу длиной более 500 м, которая ставится легким быстроходным судном на воду с подветренной стороны и охватывает нефтяное пятно с трех сторон. Когда ветер загонит нефть в созданное ограждение, судно может отбуксировать его в район, где второй аппарат — морской сборщик собирает нефть с поверхности и направляет ее по трубопроводу в танкер. Производительность сборщика 100 т в час.
Во Франции испытывалось аналогичное устройство, но вместо нейлоновой трубы здесь применялась цепочка поплавков (бонов), связанных полиэтиленовыми тросами. По данным печати, такое ограждение позволяет держать слой нефти толщиной 10—12 см, затем ее откачивают центробежным насосом по трубопроводу в емкость.
В практике работы морского флота СССР нашли применение боновые заграждения: Их устанавливают в профилактических целях вокруг танкеров, находящихся под погрузкой или разгрузкой, а также для ограждения судов, принимающих топливо. При нахождении судна у причала боновое заграждение может охватывать его полукольцом, концы которого крепят к береговым сооружениям. Нефтяное пятно на поверхности воды может быть ограждено с подветренной стороны или со стороны, противоположной течению, в целях предотвращения растекания. В необходимых случаях пятно окружают замкнутым кольцом. В таком виде его можно тралить (перемещать) со скоростью не более 0,5 узла.
Первые боновые заграждения создал судоремонтный завод в Баку, выпустивший в 1974 г. 10 комплектов этих устройств.
Одна из новейших систем, разработанных Черноморским центральным проектно-конструкторским бюро, представляет собой цепочку длиной 84 м, состоящую из 15 звеньев (секций) по 5,6 м каждая. Секции изготовляются из легкого синтетического материала и на плаву образуют барьер высотой около 250 мм над поверхностью воды. Соединение секций в одну цепь производится с помощью замков, позволяющих быстро и надежно связать соседние звенья на берегу или на воде.
Для ограждения акватории морского порта от загрязнения нефтепродуктами в районе Стокгольма (Швеция) применен воздушный барьер, который создается перфорированными шлангами, погруженными в воду. При подаче воздуха в шланги образуется стена воздушных пузырьков, препятствующих растеканию нефти. Первый шланг как бы предварительный, а второй окончательно сдерживает большие пятна нефти. Подобную систему разработали также английские специалисты. Преимущества воздушных барьеров против поплавковых состоят в том, что они не создают препятствий для движения судов в районе пятна.
Идет поиск автоматических систем для сбора разлитой нефти. В одном из таких проектов предусматривается постановка вокруг аварийного танкера бонового заградительного пояса, а затем сбрасывание с вертолетов или самолетов (на парашютах) свернутых резервуаров из гибкой прочной синтетической ткани емкостью до 50 т. При опускании на нефтяное пятно такой резервуар автоматически разворачивается и при помощи имеющегося на нем насоса и приемного шланга начинает засасывать нефть. По заполнении резервуар буксируют к месту выгрузки нефти.
Во многих странах мира ведется разработка также физико-химических методов удаления нефтяных пятен с поверхности рек и морей. Так, в Нидерландах было создано судно «Геопотис», предназначенное для удаления нефтяных пленок с поверхности воды. Это судно — землесос — оборудовано двумя штангами до 20 м длиной, которые размещены в середине судна с обоих бортов. На штангах имеется 40 патрубков с отверстиями, по которым на загрязненную поверхность выбрасывается песок, предварительно обработанный специальным химическим реагентом. Попадая на нефтяную пленку, каждая песчинка адсорбирует нефть (обволакивается нефтью) и увлекает ее на дно. При одном проходе судно захватывает полосу около 40 м. Компания «Шелл», испытавшая судно у берегов Нидерландов, отметила достаточную быстроту уничтожения нефтяного пятна.
Аналогичный эксперимент, проведенный в водах Кувейта, показал, что пленка, состоящая из 100 т нефти, может быть затоплена за 45 мин. Чистый песок забирается землесосным оборудованием со дна моря (реки, озера) в районе пятна или в ближайшей от него точке. Землесосное судно, способное взять 10 тыс. т песка, может за двое суток затопить 10 тыс. т разлитой нефти. Судно может работать при волнении до 5 баллов.
Разработаны химические препараты — абсорбенты, которые в виде порошков или жидкостей распыляются над нефтяной пленкой. Абсорбенты поглощают нефть, но, вступая с ней в реакцию, разлагают ее, образуя новые, как правило, небезвредные (а иногда и более токсичные, чем нефть) химические соединения, которые остаются в воде, в свою очередь загрязняя ее. Целесообразность применения абсорбентов заключается в том, что они создают условия для окомкования нефти и способствуют разрушению нефтяного слоя, который перекрывает поступление кислорода воздуха в воду, загрязняет побережье, губит водоплавающих птиц и морских животных.
К категории химических реагентов для борьбы с разливами нефти относятся и так называемые диспергенты — вещества, снижающие поверхностное натяжение нефтяной пленки и разбивающие ее на капельки. В результате улучшаются обменные процессы с атмосферой и проникновение солнечного излучения, а также ускоряется разложение нефти. Но продукты распада, какая-то доля нефти и самого реактива остаются в толще воды или выпадают на дно. В этой связи, а также из-за токсичности самих химических средств борьбы (реагентов) эти методы могут применяться только в определенных экологических условиях и при обстоятельствах, угрожающих более тяжелыми последствиями.
Ведутся поиски новых препаратов. Польские ученые предложили порошок, который, впитывая нефть, остается на плаву и может быть удален с поверхности воды. Аналогичные свойства имеет шведский материал, полученный из отходов бумажной промышленности. Отталкивая воду, он впитывает в 7 раз больше нефти, чем его собственная масса. После сбора комков и отжатия нефти остающиеся брикеты используют в качестве топлива. В Великобритании испытан реагент, превращающий нефть в каучукообразную массу, комки которой сравнительно легко убираются с поверхности воды.
Перспективным, хотя и во многих отношениях проблематичным, способом нейтрализации нефтепродуктов, попавших в воду, следует признать биологический метод. Здесь намечаются, по крайней мере, три основных направления поисков. Прежде всего это очистка вод с помощью растений, которые усваивают определенные загрязнители, содержащиеся в воде, в том числе и углеводороды. Об экспериментах такого рода упоминалось в главе «Транспорт и гидросфера». Использование этого метода принципиально возможно для биологической нейтрализации нефтесодержащих, например, балластных вод в акваториях портов.
Второе направление состоит в поиске и исследовании живых существ, способных улавливать и перерабатывать загрязнители воды, в первую очередь углеводороды. В этом плане наибольшим вниманием биологов и биохимиков пользуются моллюски, и в частности мидии. Изучение процессов их жизнедеятельности показало, что моллюски производят большую работу по фильтрованию воды. Так, крупный моллюск может пропустить через себя и очистить до 70 л воды в сутки. Проблема заключается в том, чтобы отыскать такие виды моллюсков или других живых существ и целенаправленно их использовать для очищения воды от загрязнителей. Одним из таких возможных моллюсков-санитаров считают дрейссену, которая расселилась, в частности, в Московском море. При пропуске через себя воды она усваивает питательные вещества и выбрасывает ненужные, минерализуя их. Миллиарды таких моллюсков уже сегодня выполняют полезную работу, хотя и приносят новые проблемы, забивая своими колониями водозаборы и другие гидротехнические сооружения.
Третье направление — поиск анаэробных бактерий, которые в условиях реки или моря могли бы быстро размножаться на углеводородах, плавающих в воде (и растворенных в ней), и перерабатывать их в полезные или нейтральные для гидросферы вещества. К настоящему времени открыты микроорганизмы, которые перерабатывают определенные виды углеводородов в белок. На этом принципе у нас и за рубежом работают крупные заводы микробиологической промышленности по производству кормового белка.
Однако в качестве питательной основы для этих микроорганизмов пригодны только определенного вида углеводороды, а процессы синтеза белка успешно проходят при соблюдении особых температурных и других условий.
Выше мы рассмотрели способы очистки вод от мусора и нефти. Однако для рек и пресноводных озер, в особенности тех, воды которых используются для питья, существенное значение имеет предупреждение загрязнения их взвешенными частицами ила, глины, песка. Такое загрязнение возникает, в частности, при выемке песка и гравия из русел рек и со дна озер. При подъеме этих материалов землесосными снарядами в виде пульпы и погрузке их в самоходные суда или баржи часть пульпы переливается через борта, замутняя воду на 100—300 м вниз по течению (на реках) от места разработки.
Для предотвращения такого загрязнения организациями Министерства речного флота РСФСР разработано несколько вариантов специальных приспособлений, которые позволяют при погрузке сбрасывать за борт лишь осветленную воду. Оборудование, испытанное в Ленинградском речном порту в 1979—1980 гг., позволило снизить содержание взвешенных частиц ила, глины, песка в сливаемой воде в 100 раз. При этом оборудовании на 5—10 м от загружаемого судна поверхность воды остается практически чистой.
В отдельных случаях разработка донных отложений песка и гравия полностью запрещается.
Еще один вид загрязнения гидросферы — загрязнение отработавшими газами энергетических установок речных и морских судов в результате их непосредственного попадания в воду или попадания загрязнителей из воздуха.
Научно-исследовательские и конструкторские учреждения морского и речного флота изыскивают новые, более совершенные системы очистки отработавших газов. В частности, разработанная и испытанная Институтом проблем машиноведения АН УССР система очистки отработавших газов для крупных пассажирских и грузовых судов речного флота основана на сравнительно простом принципе гидравлической очистки с использованием забортной воды, которая, находясь в нейтрализаторе в распыленном состоянии, очищает проходящие через нее газы. По мере накопления продуктов неполного сгорания загрязненную ими воду перекачивают в специальную цистерну с последующей их сдачей на береговые очистные сооружения или плавучие установки. Для малотоннажных грузовых и пассажирских судов считается более целесообразным использовать газоочистители (нейтрализаторы) каталитического типа, а на скоростных судах (на подводных крыльях и на воздушной подушке) антидымные и антитоксичные присадки к топливу.
Существенно снизить загрязнение атмосферы отработавшими газами можно при применении более «чистых» видов топлива (например, газа) и полностью исключить, применяя водород. Однако современные трудности, связанные со свойствами, получением и использованием новых видов топлива, рассмотренные применительно к автомобильному и городскому транспорту, не позволяют считать большинство из них реальными в обозримой перспективе. Аналогичное заключение можно сделать и в отношении применения для движения судов электроэнергии. Вместе с тем для небольших речных судов внутригородского обращения типа «речных трамваев» использование электротяги от аккумуляторов технически вполне реально, хотя экономически эта проблема пока не изучена. В США, ФРГ, Швейцарии находится несколько десятков прогулочных электроходов небольшой вместимости (50—70 человек), обращающихся со скоростью до 15 км/ч. У нас в стране имеются предложения создать опытный электроход на базе городского теплохода типа «Москва» на 220 человек.
Немаловажное значение имеет система мер, направленных на предотвращение загрязнения окружающей среды в районах морских и речных портов. При перегрузке массовых навалочных грузов (угля, руды, удобрений, сахара-сырца и пр.) в результате значительного пылеобразования не только теряется большое количество грузов, но и наносится большой ущерб окружающей среде. Применение специализированных комплексно-механизированных причалов с закрытыми трассами передачи груза, оборудованными специальными пылеулавливающими устройствами, галереями, в которых проложены ленточные конвейеры, дают возможность уменьшить ниже допустимых пределов концентрацию пыли.
Строительство надежных крытых межсезонных хранилищ и складов для грузов подобного рода предотвращает его нежелательное рассеяние в окружающей среде. Создание твердых покрытий на площадках и проездах в портах позволяет организовать их механизированную уборку и также направлено на снижение экологической опасности.
Таким образом, проблема улучшения экологических характеристик водных видов транспорта решается путем соответствующего оборудования береговых служб и флота, который относительно немногочислен по сравнению с парками транспортных средств других видов транспорта и легко подвергается контролю. Вместе с тем благодаря наибольшей грузоподъемности судов по сравнению с транспортными средствами всех других видов транспорта особую важность приобретает проблема безопасности мореплавания и сокращения потерь груза в результате аварий.
Водные виды транспорта относительно незначительно загрязняют непосредственно воздушный бассейн или литосферу, однако возможность загрязнения ими гидросферы носит глобальный характер. В то же время, несмотря на постоянный рост флота, объемов перевозок и грузооборота водных видов транспорта, намечается явная тенденция к сокращению его негативного воздействия на окружающую среду, хотя многие проблемы еще ждут своего решения.
Источник: И.Я. Аксенов, В.И. Аксенов. Транспорт и охрана окружающей среды. Изд-во «Транспорт». Москва. 1986