Экологическая катастрофа от разлива нефти – как избежать

Сбережение энергетических и природных ресурсов при ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов

Рациональное использование природных ресурсов и обеспечение экологической безопасности населения — неотъемлемая часть устойчивого экономического и социального развития любого государства. Наряду с отраслями промышленности, традиционно нарушающими экологическое равновесие (энергетической, металлургической, химической и др.), значительное влияние на окружающую среду оказывают различные виды транспорта, в том числе железнодорожный.

Влияние железнодорожного транспорта на экологическую обстановку обусловлено следующими факторами:

• потреблением невозобновляемых природных ресурсов при эксплуатации (топливо, масло, вода, воздух, металл, древесина и т. д.), которые в 2-5 раз больше, чем в развитых странах Запада;
• низкой топливной экономичностью, большим объемом потребления энергетических ресурсов;
• использованием для прокладки дорог и размещения предприятий большого количества земель, в том числе плодородных;
• загрязнением атмосферного воздуха, водных бассейнов и почвы токсичными выбросами в результате эксплуатации подвижного состава;
• загрязнением природной среды различными сыпучими грузами (при их погрузке, выгрузке и транспортировке), мусором и отходами предприятий железнодорожного транспорта;
• загрязнением водных бассейнов стоками предприятий, содержащих нефтепродукты, фенолы, соли тяжелых металлов и другие вредные вещества, разрушающие биоценозы водоемов;
• загрязнением окружающей среды в результате аварий при перевозках экологически опасных грузов;
• ухудшением здоровья населения из-за загрязнения природной среды, изменением мутационных процессов у живых организмов.

За последнее время на железнодорожном транспорте активизировалась работа по снижению вредного воздействия на воздушную и водную среды, улучшению использования природных ресурсов, соблюдению природоохранного законодательства. Однако эта работа не в полной мере отвечает современным требованиям, так как не обеспечивает комплексный подход к решению природоохранных проблем, недооценивает важность выполнения природоохранных мероприятий, вследствие чего средства на их осуществление направляются по остаточному принципу.

Особенностью работы железнодорожного транспорта является круглосуточная непрерывная работа по перевозке пассажиров и грузов, а также наличие в процессе перевозки большого количества опасных грузов.

По данным статистики, в странах ЕС опасные грузы составляют 15-20 % от всех видов грузов, перевозимых по железным дорогам и внутренним водным путям. Сюда следует отнести взрывоопасные грузы, газы, огнеопасные жидкости, огнеопасные твердые материалы, окисляющие вещества, отравляющие и инфицирующие вещества, радиоактивные материалы, коррозионные и другие материалы. Разлив или потеря части опасных грузов при аварийных ситуациях представляет экологическую опасность. Перевозка сыпучих грузов (уголь, строительные материалы и др.) на открытом подвижном составе приводит к высоким потерям в процессе перевозки и значительному загрязнению окружающей природной среды (выдувание мелких фракций, просыпание груза через щели и т. д.).

Нефть и продукты ее переработки являются одними из наиболее распространенных грузов, транспортируемых по железным дорогам. Многие страны — это транзитные страны, поэтому вместе с растущим числом грузоотправителей нефтепродуктов увеличивается количество грузополучателей в странах Восточной Европы, в Китай, южное направление. Также наблюдается тенденция роста железнодорожных аварий с этим типом грузов.

Тяжелые нефтепродукты (дизельное топливо, мазуты, нигрол, моторные, трансформаторные масла и др.) обладают высокой вязкостью и низкой упругостью паров, в особенности при невысоких температурах. По этим причинам в результате их разлива, а также проникновения в грунт загрязнения атмосферы и почвы, как правило, незначительны. Исключение составляют случаи аварий в местах с высокой пористостью грунта. На значительную глубину эти продукты проникают сквозь балластную призму верхнего строения пути. Таким образом, эмиссии тяжелых нефтепродуктов представляют основную опасность для верхнего слоя почвы и растительности, а также для поверхностных водоемов.

По этой причине интервал времени между моментом аварии и началом работ по ликвидации последствий не имеет существенного значения, и метеоусловия не столь важны, как для случаев аварий с аммиаком. Исключением являются следующие случаи:

1. возможное возгорание груза при аварии;
2. значительные осадки в виде дождя;
3. интенсивное таяние снега.

В первом случае резко возрастает опасность загрязнения атмосферы, в том числе сажей, окисью и двуокисью углерода, углеводородами и канцерогенами. Кроме того, более интенсивно проходит нарушение биоценозов почвы, увеличивается скорость миграции в грунтах. Во втором и третьем случаях повышается вероятность смыва нефтепродуктов в расположенные поблизости водоемы и, таким образом, распространения загрязнителей на значительные территории.

Хотя нефтепродукты не относятся к веществам высокой токсичности, при их действии на почвы происходят существенные нарушения грунтовых биоценозов, гибель микроорганизмов, блокировки водно-солевых обменов с корневыми системами растений и т. д. Процесс проникновения жидких углеводородов в почву, их перемещение по вертикали и в плане, равно как и процессы, которые проходят с ними в ходе миграции, сложны и недостаточно изучены.

Кроме того, при разливах нефтепродуктов происходит потеря потенциальных энергоносителей, поэтому разработка современных методов ликвидации аварий с нефтепродуктами, составляющими которых являются процессы утилизации и использования восстановленных нефтепродуктов, — очень актуальный и важный вопрос.

Существующие методы ликвидации экологических последствий аварий с данным видом грузов очень несовершенны и практически не приводят к минимизации влияния на окружающую среду, технически сложны и требуют значительных затрат средств и человеко-часов на их выполнение. Разработанные технологии позволят значительно уменьшить время ликвидации последствий аварий, использовать дешевые и доступные материалы в качестве сорбентов, уменьшить экологические последствия таких аварий, а также убытки железных дорог.

Днепропетровским национальным университетом железнодорожного транспорта им. ак. В. Лазаряна был выдвинут цикл научных работ «Энергосберегающая технология ликвидации экологических последствий транспортных аварий с нефтепродуктами».

Целью цикла исследований была разработка способов ликвидации экологических последствий аварий железнодорожного подвижного состава при транспортировке нефтепродуктов с использованием в качестве поглотителей отходов разных производств и обеспечения на этой основе экологической безопасности процесса перевозок.

Для достижения поставленной цели было проведено:

1. исследование процессов миграции разных нефтепродуктов в наиболее распространенных типах почв;
2. исследование кинетики поглощения, а также поглощающей способности разнообразных материалов по отношению к нефтепродуктам при разных условиях (температура, влажность, дисперсность и проч.);
3. необходимое усовершенствование существующих механизмов и вспомогательного оборудования для проведения ликвидационных мероприятий;
4. предложен и обоснован способ утилизации продуктов поглощения.

Особую ценность представляют значения полученных результатов, включающие разработку технологии ликвидации экологических последствий аварий с нефтепродуктами на транспорте и непосредственно приемы проведения ликвидационных мероприятий.

Технология опробована и внедрена на реальных объектах в условиях топливно-наливных станций железной дороги и в администрации железнодорожного транспорта.

Изучение поглощающей способности разных пористых материалов по отношению к нефтепродуктам является одним из ключевых заданий в разработке технологии ликвидации аварийных ситуаций с нефтепродуктами.

Ввиду того, что серийные сорбенты промышленного изготовления чаще всего имеют большую стоимость и являются труднодоступными, мы пошли по пути использования пористых материалов, которые представляют отходы многотоннажных производств, а также некоторых естественных, доступных и дешевых материалов.

Основной характеристикой, интересующей нас с точки зрения поиска материалов, которые могут применяться как сорбенты при очистке поверхностей от разливов нефтепродуктов, является их поглощающая способность (активность). Эта характеристика зависит от многих факторов: от свойств самих взаимодействующих компонентов и от внешних условий, которые сложились при протекании процесса. Достаточно важной является оценка скорости процессов поглощения, поскольку этот показатель следует учитывать при разработке технологии ликвидации экологических последствий аварий с нефтепродуктами.

Поглощающая способность материалов зависит от удельной поверхности сорбента, вязкости нефтепродуктов и механизма поглощения. Например, в случае дизельного топлива механизм поглощения заключается в обволакивании частиц сорбента вязкой жидкостью и постепенном медленном заполнении пор и внутренних полостей. Толщина пленки на поверхности частиц достаточно большая и поэтому количество поглощенного бензина меньше по сравнению с дизельным топливом. В то же время, некоторые высокопористые или способные к объемному поглощению материалы могут поглотить бензина значительно больше, чем дизельного топлива. Особенно обращают на себя внимание отходы деревообрабатывающих производств (стружки и опилки), для которых поглощающая способность по отношению к бензину может превышать 200 %.

Кроме этих отходов, которые используются в качестве поглотителей нефтепродуктов, нами был исследован и предложен новый сорбент на основе остатков целлюлозно-бумажной промышленности в композиции с отходами жилищно-коммунального хозяйства.

В качестве исследуемого образца отходов для производства сорбента нефтепродуктов был избран скоб Днепропетровской бумажной фабрики. Данный выбор обусловлен такими факторами:

• экологическим — отход промышленности несет потенциальную угрозу состоянию грунтовых вод;
• экономическим — данный отход не утилизируется, дебит его образования (порядка 3 000 т/год) позволяет использовать его как сырье в промышленных целях;
• технологическим — сырье для производства сорбента размещено на территории области, содержание целлюлозы в массе отхода достигает 30 %.

Избранные для изучения остатки целлюлозно-бумажной промышленности являются водонасыщенной смесью переменного количественного состава.

В цикле научных работ предложены теоретические и практические методы исследований, основанные на системном подходе к анализу экологических ситуаций в местах масштабных транспортных аварий с нефтепродуктами. Определены экологические последствия загрязнения окружающей среды при разливах нефти. Исследована миграция нефтепродуктов в распространенных грунтах. Проведен анализ современных сорбентов — поглотителей нефтепродуктов. Предложен широкий спектр поглотительных материалов из отходов различных производств. Разработан новый сорбент на основе отходов жилищно-коммунального хозяйства и отходов целлюлозно-бумажного производства. Создана технология ликвидации аварий с нефтепродуктами: для легких нефтепродуктов — путем термоконвекции грунта, с последующей возможностью использования извлеченного бензина, для тяжелых нефтепродуктов — путем сорбции с поверхности грунта с последующей возможностью утилизации нефтесодержащих отходов. Даны рекомендации по использованию сорбентов, определены их расходные характеристики, предложены направления утилизации отходов поглощения и замазученного грунта. Разработанная технология не уступает лучшим зарубежным аналогам и внедрена на железнодорожных предприятиях. Эффективность внедрения обусловлена значительным экологическим, экономическим и социальным результатом, годовой экономический эффект достигает колоссальных сумм в пределах железнодорожного транспорта государства.

Эколого-экономические показатели. Большинство экологических программ опираются на сопоставление экономических результатов внедрения природоохранных мероприятий с расходами на их осуществление. Условием проведения расчетов экономической эффективности расходов на природоохранные мероприятия является выбор вариантов в пределах одной территории, где достигается одинаковое (нормативное) качество окружающей среды.

Суммарная эффективность предложенного цикла научных работ на фоне значительного экологического результата имеет сопутствующие эффекты: экономический и социальный.

Экономический результат аварийно-ликвидационных мероприятий в данном случае определяется по величине экономических убытков от потери ценного горючего, которые благодаря этим мероприятиям удавалось минимизировать, а также величиной дополнительного дохода от повторного использования обезвреженных веществ и утилизации нефтесодержащих отходов ликвидации.

Экологический результат предложенной технологии обуславливается уменьшением негативного влияния на окружающую среду и объемов загрязняющих веществ, которые попадают в биосферу, увеличением количества и улучшением качества пригодных к использованию земельных, лесных, водных, биологических и других природных ресурсов.

Социально-экономические результаты данного цикла научных робот основываются на экономии и предотвращении потерь природных ресурсов, улучшении условий труда, а также предусматривают:

• возобновление природных ресурсов;
• повышение экологического комфорта обитания, условий жизнедеятельности населения и, в конце концов, увеличение национального богатства и благосостояния;
• улучшение физического состояния человека и снижение заболеваемости;
• поддержание экологического равновесия;
• создание благоприятных условий для роста творческого потенциала личности, повышение уровня ее сознания.

Работа имеет международное признание: ее результаты включены в «Рекомендации Р003», которые приняты для стран — членов Европейской организации содружества железных дорог.
По материалам цикла опубликовано 42 научные работы, основные результаты цикла работ прошли апробацию на 27 международных научных конференциях и 5 международных выставках.

Зеленько Ю. В., к. т. н., доцент кафедры химии и инженерной экологии, Г Днепропетровский.национальный университет железнодорожного
транспорта им. ак. В. Лазаряна