Теоретическая часть работы
Основными загрязнителями морской среды являются соединения тяжёлых металлов и нефтепродукты.
В качестве соединений тяжёлых металлов, растворимых в морской воде, рассматриваются такие соединения, как:
· мышьяк (М);
· ртуть (РТ);
· свинец (СВ).
В качестве нефтепродуктов рассматриваются:
· углеводороды (УВ);
· бензол (Б);
· толуол (Т).
Ионы тяжёлых металлов, поступающие за счёт коррозии металлических корпусов судов, а также коррозии затонувших судов, их фрагментов, орудий и боеприпасов, металлических трубопроводных коммуникаций, арматуры, в морскую среду, ухудшают качество этой воды, которая становится непригодной для разведения морепродуктов, рекреационных целей [1-4].
Соединения тяжёлых металлов, поступающие в организм человека по "пищевой цепочке", ингибируют процессы, происходящие в коре головного мозга, в спинном мозге и кровеносной системе.
Результатом этого влияния на человека соединений тяжёлых металлов являются такие осложнения, как лейкемия крови, проявляются тенденции к мутагенным и тератогенным последствиям [3, 4].
Борьба с угрозой глобального экологического кризиса стала международной проблемой. Решить ее в рамках отдельных стран невозможно. Предпринятые некоторыми государствами меры по охране природы не будут эффективными, если другие их не поддержат. В настоящее время эта проблема стала мировой и обусловлена следующими факторами:
- сброс промышленных и хозяйственных вод без очистки непосредственно в море или с речным стоком;
- ядохимикаты, используемые в сельском и лесном хозяйствах, в частности наиболее вредный, токсичный ДДТ;
- балластные воды и перенос бактерий, биопланктона, морская инвазия;
- аварийные выбросы и сбросы со скважин, буровых или подводных трубопроводов при разведке, добычи, транспортировки нефти, попутного и природного газа, конденсата;
- разработка полезных ископаемых на морском дне;
- перенос вредных веществ в атмосферу, гидросферу и почву.
Экологическая обстановка стала заметно ухудшаться в 60-70 годах XX столетия.
К основным источникам антропогенного воздействия на экологию Черного моря относятся [3]:
1) сток рек с содержащимися в них различных вредных, токсичных веществ;
2) сельское хозяйство (удобрения, пестициды, инсектициды);
3) промышленность (соединения тяжёлых металлов, детергенты, нефтепродукты);
4) населенные пункты (сточные воды, патогенные организмы, детергенты, нефтепродукты);
5) атмосферные осадки;
6) речное и морское судоходство;
7) порты;
8) рыбный промысел;
9) добыча минеральных ресурсов;
10) защита берегов;
11) рекреация и туризм.
В процессе эксплуатации судов образуются газообразные, жидкие и твёрдые отходы.
Нефтесодержащие воды. В процессе эксплуатации судовых механизмов образуется особый вид отходов – подсланевые нефтесодержащие воды, которые скапливаются под сланями (льялами) машинных отделений. Основные причины их образования – не герметичность трубопроводов, обшивки корпуса и донной арматуры, разливы нефтепродуктов при ремонте механизмов, топливной и масляной аппаратуры. Количество нефтепродуктов во многом зависит от технического состояния оборудования и от выполнения правил его эксплуатации. Среднесуточное накопление нефтесодержащих вод в основном определяется мощностью главного двигателя.
При попадании в воду нефтепродукты образуют эмульсию. Ее устойчивость повышается, если в таких водах присутствуют эмульгаторы, они препятствуют укрупнению и всплытию частичек нефти. Содержащиеся в морской воде ионы различных металлов и солей также могут способствовать образованию эмульсии. Удалять из воды эмульгированные нефтепродукты гораздо сложнее, чем грубодисперсные. Поэтому по возможности следует исключать факторы, способствующие их образованию.
Сточные воды. При использовании природной, пресной воды для питьевых и хозяйственных нужд на судне накапливаются сточные воды. Сточные воды запрещено сбрасывать в морскую среду, их накапливают в специальных герметичных танках с последующей обработкой и нейтрализацией.
Влияние нефти на морскую среду:
1. нарушается природный кругооборот воды;
2. снижается концентрация растворимого кислорода в морской среде;
3. загрязняется морская поверхность, толща и морское дно.
Существенную роль в ухудшении качества морской, окружающей среды играет загрязнение оболочек Земли нефтепродуктами. Во всем мире при добыче, транспортировании, переработке и использовании нефти теряется » 2 % ежегодно добываемой нефти, при этом 7 млн. т. – только при её добыче. Из 50 млн. т. в год потерь нефти на суше теряется 25 млн. т., на морской поверхности – 8 млн. т. и выбрасывается в атмосферу – 17 млн. т. Для сравнения, поступление нефти в океан по разломам земной коры не превышает 0,5 млн. т/год. Одна тонна сырой нефти покрывает тонкой пленкой около 6 км2 морской акватории. Длительное воздействие нефти и её продуктов приводит к гибели » 1/3 молодых морских организмов, особенно в прибрежной зоне. Морские организмы, аккумулируя соединения тяжёлых металлов и углеводороды, становятся опасными для человека.
В результате использования соединений свинца (тетраэтилсвинец) в качестве антидетонационной присадки к бензинам ежегодно в природную среду поступает свыше 2 млн. т. оксида и диоксида свинца от ДВС. За последние 100 лет концентрация соединений свинца в толще Гренландского ледника возросла в 5 раз, достигнув 2 мг/кг льда. За последние 20 лет концентрация свинца в воде возросла в 10 раз.
Аналогичное положение с ртутью, 8 тыс. т. которой ежегодно поступает в окружающую среду, из них 40 % при выветривании горных пород и 60 % техногенным путем, главным образом за счет отходов целлюлозно-бумажного, содового производства и рассеивания содержащих ртуть пестицидов.
Главная особенность современной экологической обстановки – накопление отходов промышленности и загрязнение окружающей среды. Только небольшое количество (5-15 %) добываемого минерального сырья превращается в полезный продукт, остальное в процессе переработки возвращается природе в виде отходов – газо-парообразных, жидких, твёрдых и энергетических. По ориентировочным данным, в настоящее время в биосферу ежегодно поступает в твердой, жидкой и газообразной фазах до 20-25 млрд. т. бытовых и промышленных отходов. Причем часто в биосферу поступают новые вещества, которые не вовлекаются в природный круговорот и постоянно накапливаются.
Воздействие современного промышленного производства оказывает влияние на тепловой баланс планеты. Одна из причин этого – отток в окружающую среду антропогенной энергии.
В определенных небольших концентрациях соединения тяжёлых металлов необходимы для роста и развития растений. Они выполняют разные физиологичные функции в организмах растений и других живых организмах. Они связываются с определенными белками и образуют много ферментов. Система цитохромов содержит железо. При высоких концентрациях соединения тяжёлых металлов наносят непоправимый урон окружающей среде, биосфере и человеку.
Практическая часть работы
Необходимо определить уровень экологической опасности морской среды по истечении одного месяца и одного года при непрерывном поступлении в морскую среду соединений тяжёлых металлов, нефтепродуктов.
Исходные данные принимаются по заданию согласно варианта курсанта (студента) и выдаются ответственным за практические работы преподавателем кафедры судовождения, охраны труда и окружающей среды:
· объём морской среды (Vмс, л (м3));
· интенсивность стока морской воды с соединениями тяжёлых металлов (Vтм, л/с);
· интенсивность стока морской воды с нефтепродуктами (Vнп, л/с);
· концентрация соединений тяжёлых металлов и нефтепродуктов в стоке морской среды (См, Срт, Ссв, Сув, Сб, Ст), мг/л.
Методика расчета
Объём стока с соединениями тяжёлых металлов (Vтм мес, м3/мес; Vтм год, м3/год) и нефтепродуктов (Vнп мес, м3/мес; Vнп год, м3/год) через один месяц и один год определяется по формулам:
Vтм мес = Vтм * τмес, (1)
Vтм год = Vтм * τгод, (2)
Vнп мес = Vнп * τмес, (3)
Vнп год = Vнп * τгод, (4)
где τмес – месячный фонд рабочего времени (τмес = 24 * 30 = 720 час),
τгод - годовой фонд рабочего времени (τгод = 365 * 24 = 8760 час).
Масса тяжёлых металлов (Gм мес, Gрт мес, Gсв мес, Gм год, Gрт год, Gсв год, тонн/мес) и нефтепродуктов (Gув мес, Gб мес, Gт мес, Gув год, Gб год, Gт год, тонн/год), поступающих на протяжении одного месяца и одного года в морскую среду определяется по формулам:
Gм мес = См * Vтм мес, (5)
Gрт мес = Срт * Vтм мес, (6)
Gсв мес = Ссв * Vтм мес, (7)
Gув мес = Сув * Vнп мес, (8)
Gб мес = Сб * Vнп мес, (9)
Gт мес = Ст * Vнп мес, (10)
Gм год = См * Vтм год, (11)
Gрт год = Срт * Vтм год, (12)
Gсв год = Ссв * Vтм год, (13)
Gув год = Сув * Vнпгод, (14)
Gб год = Сб * Vнпгод, (15)
Gт год = Ст * Vнп год, (16)
Концентрация тяжёлых металлов (См мес, Срт мес, Ссв мес, См год, Срт год, Ссв год, мг/л) и нефтепродуктов (Сув мес, Сб мес, Ст мес, Сув год, Сб год, Ст год, мг/л) в морской среде через один месяц и один год определяется по формулам:
См мес = Gм мес / Vмс, (17)
Срт мес = Gрт мес / Vмс, (18)
Ссв мес = Gсв мес / Vмс, (19)
Сув мес = Gув мес / Vмс, (20)
Сб мес = Gб мес / Vмс, (21)
Ст мес = Gт мес / Vмс, (22)
См год = Gм год / Vмс, (23)
Срт год = Gрт год / Vмс, (24)
Ссв год = Gсв год / Vмс, (25)
Сув год = Gув год / Vмс, (26)
Сб год = Gб год / Vмс, (27)
Ст год = Gт год / Vмс, (28)
Санитарно-гигиеническая оценка уровня экологической опасности морской среды (по соединениям тяжёлых металлов) через один месяц и один год определяется по критериальному уравнению:
См мес♎ ПДКм (29)
Срт мес♎ ПДКрт (30)
Ссв мес♎ ПДКсв (31)
Если Стм мес 
ПДКтм – морская среда безопасна.
Если Стм мес> ПДКтм - морская среда представляет опасность для человека, биосферы и окружающей среды.
См год♎ ПДКм (32)
Срт год♎ ПДКрт (33)
Ссв год♎ ПДКсв (34)
Если Стм год ПДКтм - морская среда безопасна.
Если Стм год> ПДКтм - морская среда представляет опасность для человека, биосферы и окружающей среды.Санитарно-гигиеническая оценка уровня экологической опасности морской среды (по нефтепродуктам) через один месяц и один год:
Сув мес♎ ПДКув (35)
Сб мес♎ ПДКб (36)
Ст мес♎ ПДКт (37)
Если Снп мес ПДКнп - морская среда безопасна.
Если Снп мес> ПДКнп - морская среда представляет опасность для человека, биосферы и окружающей среды.
Сув год♎ ПДКув (38)
Сб год♎ ПДКб (39)
Ст год♎ ПДКт (40)
Если Снп год ПДКнп - морская среда безопасна.
Если Снп год> ПДКнп - морская среда представляет опасность для человека, биосферы и окружающей среды.
Для веществ однонаправленного действия [2, 3] критерий опасности морской среды по рассчитываемым токсичным веществам через один месяц и один год определяется по уравнениям:
φтммес=∑(Стммес/СiПДКтм)
φтммес =(Сммес/CПДКм)+(Сртмес/CПДКрт)+(Ссвмес/CПДКсв) (41)
φтмгод=∑(Стмгод/СiПДКтм)
φтмгод =(Смгод/CПДКм)+(Срт год/CПДКрт)+(Ссв год/CПДКсв) (42)
Если φтм мес, год 
1 – морская среда не представляет опасности морским экосистемам, биопродуктивности морской среды и здоровью человека.
Если φтм мес, год> 1 - опасно для морской среды.
φнпмес=∑(Снпмес/СiПДКнп)
φнпмес =(Сув мес/CПДКув)+(Сб мес/CПДКб)+(Стмес/CПДКт) (43)
φнпгод=∑(Снп год/СiПДКнп)
φнпгод =(Сув год/CПДКув)+(Сб год/CПДКб)+(Стгод/CПДКт) (44)
Если φнп мес, год 1 – морская среда не представляет опасности морским экосистемам, биопродуктивности морской среды и здоровью человека.
Если φнп мес, год> 1 - опасно для морской среды.
| М |
Zтм= 1/ ПДКZтм, (45)
Чем больше значение Zтм, тем опаснее вещество для морской среды.
Zнп= 1/ ПДКZнп, (46)
Чем больше значение Zнп, тем опаснее вещество для морской среды.
Расчетное количество времени Тгод превышения критического порога для морской среды вычисляется по следующей формуле:
Т тмгод = 1 / φ тм год (47)
Т нпгод = 1 / φ нп год (48)
Соответственно количество дней с учетом погрешности при предыдущих расчетах составит:
Т тмсут = Т тмгод * 365 + 5%, от (Т тмгод * 365) (49)
Т нпсут = Т нпгод * 365 + 5%, от (Т нпгод * 365) (50)
Полученное значение округляем в большую сторону.