Судно как источник загрязнения окружающей среды

Работающий дизель воздействует на окружающую среду, взаимодействуя с различными ее компонентами. В условиях интенсивного развития судоходства и рыбного промысла практически во всех районах Мирового океана эти воздействия приобретают глобальный характер.

Охрана окружающей среды.

В процессе эксплуатации судов образуются бытовые и производственные отходы, сброс которых в водоем приносит значительный ущерб природе. При этом все образующиеся на судне загрязнения можно разделить на две основные группы:

1. остатки перевозимых грузов, образующихся вследствие неполной их выгрузки, обмыва палубы и трюмов, танков и т. п.;

2. загрязнения, образующиеся в результате жизнедеятельности экипажа и пассажиров (сточные воды и бытовой мусор), а также в результате эксплуатации судовых механизмов (нефтесодержащие, льяльные, производственный мусор). Кроме того, до сих пор, к сожалению, весьма часты случаи аварийных разливов нефтепродуктов при бункеровке судов и в результате различных аварийных ситуаций.

Продукты сгорания топлива, выброшенные в атмосферу, изменяют температуру, свойства, фазовые и агрегатные состояния, при этом распадаются и образуют химические соединения и смеси, свойства которых значительно отличаются от исходных. Вредные воздействия этих продуктов на людей, животных и растения зависят от их концентрации и от многих факторов окружающей среды.

На выделение токсичных веществ с выпускными газами дизелей влияют различные эксплуатационные факторы: сорт топлива, конструкция дизеля, режим
работы, температура деталей камеры сгорания, нагарообразование износ
цилиндропоршневой группы, состояние топливоподкачивающей системы.

Другим существенным фактором, влияющим на состав выпускных газов, является конструктивное исполнение топливной аппаратуры дизелей. Исследования, выполненные в Центральном научно-исследовательском институте, показали, что с увеличением продолжительности впрыска (постоянная цикловая подача топлива и изменяющейся диаметр плунжера топливного насоса высокого давления) выход окислов азота уменьшается на 50%. Это объясняется уменьшением температуры газов в процессе сгорания топлива. Тип и параметры распылителя форсунки также оказывают значительное влияние на протекание процесса сгорания, а следовательно, и на состав выпускных газов. Так, при замене распылителя с 4 отверстиями (D=0,35 мм) на распылитель с 5 отверстиями (D=0,3 мм) содержание окислов азота в выпускных газах снизилось на 40%.

Также в некоторых дизелях одним из основных источников продуктов неполного сгорания топлива, является объем топлива под иглой форсунки. Топливо, оставшееся в этом пространстве, медленно подтекает через сопловое отверстие в камеру сгорания в связи с падением давления в цилиндре. В это время процесс сгорания уже заканчивается. Из вытекающего топлива на поверхность распылителя в результате каталитических реакций образуются альдегиды, сажа.

В связи с тем, что для судов характерны загрязнения второй группы (они присущи любому классу судов), рассмотрим пути решения проблем по предотвращению загрязнения водоемов этими видами судовых загрязнений.

Нефтесодержащие воды.

В процессе эксплуатации судовых механизмов образуется особый вид отходов - подсланевые нефтесодержащие воды, которые скапливаются под слоями машинных отделений. Основные причины образования нефтесодержащей воды на судне - это протечки воды из трубопроводов, арматуры, насосов, через дейдвудные устройства, обшивку корпуса и донную арматуру, а также протечки нефтепродуктов из трубопроводов и арматуры при ремонте механизмов, топливной и масляной аппаратуры и т. п. Нефтесодержащие воды образуются и вследствие попадания под слани воды, использованной при промывке деталей, механизмов, пропарке топливных и масляных цистерн, а также в результате аварийных протечек.

Таким образом, количество нефтесодержащей воды во многом зависит от технического состояния оборудования и от выполнения правил его эксплуатации. Среднесуточное накопление нефтесодержащей воды в основном определяется мощностью главного двигателя.

Концентрация нефтепродуктов в нефтесодержащей воде колеблется в широком диапазоне: от долей процента до 100% их содержания. Однако после непродолжительного отстаивания среднее значение чаще всего находится в пределах 200...500 мг/л.

Сточные воды.

При использовании воды для питьевых и хозяйственных нужд на судне скапливаются сточные воды (СВ). В настоящее время качество воды в реках и прибрежной зоне морей значительно ухудшилось. Это связано с быстрым развитием городов, промышленности, сельского хозяйства. Причем в реках загрязнения скапливаются на всем их протяжении и затем выносятся в прибрежную зону морей. Присутствие в воде большого числа загрязнений нарушает кислородный баланс водоемов, снижает их способность к самоочищению. Кроме того, СВ являются причиной бактериального загрязнения. По данным исследований, проведенных Ленинградским институтом водного транспорта, объемы среднесуточных накоплений СВ можно определять исходя из следующих показателей: по грузовому флоту 200...500 л/чел., по пассажирскому флоту 250..300 л/чел.

Мусор.

Бытовые твердые отходы образуются в результате жизнедеятельности экипажа и пассажиров. К таким отходам относятся бумага, тряпки, упаковочные материалы (деревянные ящики, консервные банки, стеклянные бутылки и банки, и т.д.), а также пищевые отходы. Бытовые твердые отходы обычно накапливают в специальных контейнерах (баках), а для пищевых продуктов отдельные баки.

Кроме твердых на судах накапливаются и жидкие отходы, которые можно разделить на две группы: 1) шлам от установок для отчистки для сточных вод; 2) шлам от сепараторов топлива и масла, представляющих собой обводненные нефтепродукты с содержанием воды 40..60 %.

Судовые технические средства защиты окружающей среды.
Нефтесодержащие воды на судах очищаются в сепараторах (коалесцирующего, центробежного и флотационного типов) и в двух трехступенчатых сепарационных установках, в которых в качестве 1-ой ступени может быть применен механический фильтр или гравитационный сепаратор, 2-3 коалесцирующие приставки или фильтры, а также модули из полупроницаемых мембран. В соответствии с правилами Конвенции МАРПОЛ 73/78 степень очистки нефтесодержащих вод в сепарационном оборудовании до содержания нефти на выходе должна быть не более 100 мг/л или 100 частей на миллион для открытых районов. И 15 частей на миллион (фильтрационное оборудование) для особых районов (Балтийское, Черное, Красное моря, Персидский залив).

Уменьшение выбросов в атмосферу отложений (сажи и пр.) достигается установкой в судовых дымоходах и газо-выпускных трубопроводах искрогасителей, а также глушителей (помимо их основного назначения). Применяют искрогасители сухого и мокрого типов различных конструкций.

Сажу, частицы топлива и масла, растворенные токсичные вещества (SO2, альдегиды, высшие окислы азота) улавливают с помощью жидкостных нейтрализаторов, в которых выпускные газы проходят через слой воды.

Работа судовых машин, механизмов и систем вызывает шум и вибрацию. Источниками шума являются также движитель, корпус судна (удары волн и льда) и пр. В соответствии с природой и видом передачи нежелательных колебаний разработан комплекс методов и устройств, направленных на снижение шума и вибрации.

На любом судне, имеющем сепарационное или фильтрующее оборудование, должен быть танк для сбора льяльных вод машинного отделения. Может быть установлен сборный танк для хранения всех нефтесодержащих смесей с последующей сдачей их в приемные устройства, если судно имеет валовую вместимость менее 400 рег.т или если оно совершает международные рейсы и предназначено для эксплуатации в особых районах, территориальных и внутренних водах.

Пути и методы снижения вредных выбросов в атмосферу.

Нефтесодержащие воды на судах очищаются в сепараторах (коалесцирующего, центробежного и флотационного типов) и в двух трехступенчатых сепарационных установках, в которых в качестве 1-ой ступени может быть применен механический фильтр или гравитационный сепаратор, 2-3 коалесцирующие приставки или фильтры, а также модули из полупроницаемых мембран. В соответствии с правилами Конвенции МАРПОЛ 73/78 степень очистки нефтесодержащих вод в сепарационном оборудовании до содержания нефти на выходе должна быть не более 100 мг/л или 100 частей на миллион для открытых районов и 15 частей на миллион (фильтрационное оборудование) для особых районов (Балтийское, Черное, Красное моря Персидский залив).

В настоящее время для очистки нефтесодержащих вод используются следующие методы: гравитационный, коалесценции, коагуляции, флотации, и т.д.

Гравитационный метод. Сущность метода заключается в разделении нефти и воды, основанном на разности их плотности.

Метод коалесценции. В основе метода лежит способность капелек нефти, находящихся в мелкодисперсном состоянии, укрупняться за счёт пропускания нефтеводяной смеси через материалы с малыми проходными сечениями (типа капиляров), которые не смачиваются водой, но хорошо удерживают нефть.

Метод коагуляции. Сущность метода заключается в укрупнении капель нефтепродуктов с помощью специальных химических материалов - коагулянтов.

Метод флотации. Сущность метода заключается в извлечении пузырьками воздуха (газа) диспергированных в воде частиц, прилипающих к пузырькам во время столкновений в процессе пропускания воздуха (газа) через смесь.

В настоящее время на судах применяются различные сепараторов и сепарационных установок. Отечественная промышленность выпускает отстойно-коалесцирующие сепараторы типов СК и СКМ производительностью 1-10 м3/ч, удовлетворяющие требованиям Конвенции для открытых районов. При нахождении судна в особых районах нефтесодержащие воды скапливаются в сборных цистернах, откуда передаются на плавучие приемные станции, берег или по выходе судна из этих районов сливаются в море после обработки в сепараторах.

Мусор можно сжигать в установке, представляющей собой комбинацию вспомогательного котла и судовой печи, одно из достоинств которой состоит в том, что для работы печи может быть использовано оборудование вспомогательного котла. В установке типа АQ-10 датской компании "Аальборг Ваерфт" производительность 1.37-3.75 т/ч сжигают твердые и жидкие отходы. Время горения 4-6 мешков мусора объемом по 0.05-0.075 м3 составляет 6 ч. Жидкие отходы, содержащие до 20-25 % воды, сжигают через специальную форсунку, однотипную нефтяной для выработки пара.

В связи с экономией энергии и топлива на судах большое внимание стали обращать на источники низко потенциальной теплоты, вызывающие тепловое загрязнение. Наряду с расширением возможностей традиционных источников использования теплоты выпускных газов и охлаждающей пресной воды применяются и новые – это маслоохладители СЭУ и воздухоохладители систем воздухоснабжения ДВС, теплоту рабочих сред которых утилизируют для нужд установки.

Уменьшение выбросов в атмосферу отложений (сажи и пр.) достигается установкой в судовых дымоходах и газовыпускных трубопроводах искрогасителей, а также глушителей (помимо их основного назначения). Применяют искрогасители сухого и мокрого типа различных конструкций.