Оценка экологической опасности судна по сточным водам

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Волжский государственный университет водного транспорта

Кафедра охраны окружающей среды и производственной безопасности

 

 

 

 

 

Практическая работа №1

Оценка экологической опасности судна

по сточным водам

Вариант 4

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы ДЭМ-12                                                                                    Шилов Р.Ю.

Проверил: преподаватель, к. т. н., доц.                                                                               Калёнков А.Н.

 

 

Нижний Новгород 2015

Цель работы: изучить особенности воздействия судовых сточных вод на ОС, определить суточные накопления нефтесодержащих сточных вод (НВ) и хозяйственно-бытовых сточных вод (СВ), выполнить расчет природоохранного оборудования, оценить размеры вреда водным объектам в случае несанкционированного (аварийного) сброса НВ и СВ.

Теоретическая часть

Нефтесодержащие сточные воды

Воздействие судна на ОС сбросов НВ (синонимы – подсланевые, льяльные воды) связано с их количеством, образующимся на судне.

Количество НВ, накапливающихся в корпусе судна, зависит от его типа, технического состояния, конструктивных особенностей энергетической установки, передачи от двигателя к движителю и качества технического обслуживания судна в целом [1].

На судне практически нельзя исключить попадание под слань некоторого количества забортной воды из-за водотечности корпуса, работы теплообменников, трубопроводов и различных устройств, через которые прокачивается забортная вода. До последнего времени нормальным считался способ продувки под слань воды из различных устройств конденсатно-питательной системы, продувочных кранов и сальников насосов систем охлаждения, приборов и арматуры различных механизмов и аппаратов. Кроме того, под слань стекает конденсат водяного пара атмосферного воздуха, образующийся на внутренней поверхности корпуса особенно в периоды резкого перепада температур.

Одновременно с водой под сланью МО происходит накопление нефтепродуктов, что связано со случайным пропуском через неплотности в путевых соединениях топливных и масляных трубопроводов и арматуре, через сальники насосов, перекачивающих нефтепродукты, со сливом отстоявшейся воды из топливных и масляных цистерн, с неправильной установкой противней для сбора смазки от движущихся частей машин, вспомогательных механизмов и устройств. Редко, но возможны аварийные разливы внутри судна нефтепродуктов.

Таким образом, НВ возникают вследствие слияния под сланью или в специальной цистерне осушительной системы двух потоков: воды, свободной от нефтепродуктов и различного вида нефтепродуктов. Эти потоки образуются в основном от независимых друг от друга источников.

Опыт показывает, что в НВ судов нефтепродуктов содержится всего около 4–5%, а остальное составляет вода (95–96%). Поэтому в идеальном случае, если бы удалось в самом начале разделить потоки воды и нефтепродуктов, а затем воду без нефтепродуктов удалить через осушительную систему, а нефтепродукты вернуть в топливный баланс судна, то никакой проблемы очистки и удаления подсланевых вод просто не существовало бы. Однако в реальных условиях полного разделения достигнуть невозможно, так как существуют такие источники подсланевой воды, как мойка машин и сланей, отпотевание корпуса, аварии и т.п.

В составе НВ нефть может содержаться в виде крупных капель размером от сотых долей миллиметра и более, а также в виде эмульсии с размерами частиц 40–50 нм. Крупные частицы нефти легко всплывают с образованием на поверхности воды пленки, а эмульгированные – находятся в воде во взвешенном состоянии, что резко усложняет процесс удаления их из воды. Количество эмульгированных нефтепродуктов находится в пределах 12…36% от общего содержания нефти в НВ.

НВ с трудом поддаются очистке. Часть нефтепродуктов осаждается на элементах набора и находится там длительное время без разложения. Основное количество нефти до 35 г/дм3 сосредоточено в верхнем слое НВ, составляющем не более 5% общей высоты. В остальных слоях содержание нефтепродуктов гораздо меньше (до 1,0 г/дм3).

Таблица 1 Характеристика загрязнения НВ

Показатели	Пределы величин
Взвешенные вещества (ВВ), мг/дм3	75…2200
БПК5, мг О2/дм3	84…320
Колииндекс (ЛПК), шт /дм3	1,1·109…4·1010
рН	6,5…8,5

Количество некоторых других загрязнений, содержащихся в НВ приведено в таблице. 1.

Суточное накопление НВ трудно поддается расчетной оценке. Существует несколько способов определения этой величины.

В практике морского судоходства используют статистические данные суточного накопления НВ в зависимости от водоизмещения судна (табл. П.6)[1].

Такой подход представляется достаточно правильным для судов большого водоизмещения, так как количество НВ, по-видимому, будет в основном зависеть от конденсации влаги на корпусе судна или его водотечности.

Для относительно небольших судов более обоснованными выглядят нормативы суточного образования НВ, которые используются в речном флоте. Там количество НВ связано с мощностью главных двигателей судна. Это достаточно логично, так как мощность двигателей непосредственно связана с суточным расходом топлива и смазки на судне, хотя в этом случае не учитывается площадь поверхности корпуса.

Итак, объем НВ (м3/сут) можно определить для морских судов с помощью табл. П.6[1], а для судов внутреннего плавания по табл. П.7[1].

К числу нефтесодержащих отходов, которые также рассматриваются как источник загрязнения гидросферы нефтью, относятся различные пропитавшиеся нефтью материалы: ветошь, применяемая для протирки механизмов; древесные опилки и стружка, использованные для уборки разливов нефти на палубе при бункеровочных и грузовых операциях или при ремонте механизмов; осадки из топливных и масляных фильтров; отходы сепараций топлива и масла.

На современном крупном судне, расходующем 50–70 т/сут тяжелого дизельного топлива, отходы от сепарации достигают соответственно 0,3–0,4 т. Среднее содержание шлама в тяжелых сортах топлива составляет примерно 0,5%. Из этого количества на воду и механические примеси приходится только 20–25%, а остальные 75–80% – отходы нефтяного происхождения. Таким образом, за сутки накапливается до 0,4 м3 тяжелых гудронообразных нефтесодержащих отходов (шламов).

Хозяйственно-бытовые сточные воды

Известно, что при чрезмерном или постоянном загрязнении воды СВ количество растворенного в воде кислорода уменьшается, что приводит к нарушению процесса естественного самоочищения, и, как следствие, к изменению всего экологического характера акватории. Низкая концентрация растворенного кислорода и высокая концентрация органического вещества создают неблагоприятные условия для существования рыбы, которая или гибнет, или уходит из загрязненного района.

СВ образуются на судах в процессе водоотведения от санитарного оборудования кают, камбуза, прачечных, санузлов общего пользования, медицинских учреждений и помещений, в которых содержатся животные.

В соответствии с действующими в настоящее время Санитарными правилами [1] судовые СВ подразделяются на две группы:

• хозяйственно-фекальные СВ (ХФСВ) – сточные воды, образующиеся в туалетах, медицинских учреждениях и помещениях, где содержатся животные;
• хозяйственно-бытовые сточные воды (ХБСВ) – вода после использования в камбузах, прачечных, умывальниках и душах.

Состав и режим поступления судовых СВ существенно отличается от состава и режима поступления городских стоков. Это вызвано небольшой протяженностью судовых трубопроводов (что не позволяет загрязнениям претерпевать в них значительные физико-химические изменения), более высокой концентрацией загрязнений в случае применения раздельных (ХФСВ и ХБСВ) систем водоотведения, более жестким режимом водопользования, а также более высокой неравномерностью поступления на очистку.

Некоторые представления об этом можно получить из рассмотрения таблицы. 1.

Таблица 2. Масса загрязнений в сточных водах на одного человека в сутки

Показатели загрязнения СВ	Масса загрязнений, г/(чел.∙сут)
	Городские СВ	Судовые СВ
1. Взвешенные вещества (ВВ) 2. БПК5 3. Азот аммонийных солей (N) 4. Поверхностно-активные  вещества	65 35 8 3,5	72 45 7,5 1,9

При сбросе ХБСВ наибольший вред ОС наносят стоки из прачечной, поскольку для стирки используются моющие средства, в состав которых входят поверхностно-активные вещества (ПАВ) или синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). Это связано с тем, что акилбензолсульфат как один из основных компонентов СПАВ угнетающе действует на развитие живых клеток и личинок рыб. Опасная для живых организмов концентрация этого вещества составляет 10 мг/дм3. Стоки из судовых прачечных находятся на уровне 15…22% от общего объема ХБСВ.

Состав кухонных вод определяется рационом питания. Основными компонентами загрязняющих веществ являются растительные и животные жиры. Их количество колеблется от 1,8 до 6 г/(чел.∙сут). Образование камбузного стока периодическое и совпадает по времени с режимом приема пищи.

Мытьевая СВ образуется в результате выполнения человеком гигиенических процедур и поступает от умывальников, душевых комнат и бань. По данным Лукиных Н.Л., в состав загрязняющих веществ входят жиры, частицы эпителия и мыло. Количество загрязнений от одного моющегося в среднем является величиной постоянной. Характер поступления мытьевой СВ периодический и связан с особенностями жизнедеятельности человека на судне.

Судовые ХФСВ представляют собой высококонцентрированную водную композицию, отличающуюся высокой степенью бактериальной загрязненности и постоянством химического состава загрязнений.

Для гигиенической оценки исходных и очищенных судовых СВ используются общепринятые показатели: БПК (ВОD)5 – биохимическое потребление кислорода в течение суток, мг О2/дм3;

ХПК (СОD) – химическое потребление кислорода, мг О2/дм3.

ВВ (Sd 4) – концентрация взвешенных веществ, мг О2/дм3;

рН – водородный показатель;

ЛКП – количество лактоположительных кишечных палочек, шт/дм3.

Существуют и другие показатели, которые дополнительно характеризуют степень загрязненности СВ. К ним относятся: нефтепродукты, ПАВ (СПАВ), азот, фосфор.

Как и городские, судовые СВ по агрессивности делятся на

неагрессивные (рН = 6,0…8,5),

слабоагрессивные (рН = 5,5…6,0 и рН = 8,5…9,0),

сильноагрессивные (рН < 5,5 и рН > 9,0).

Кроме этого, в зависимости от концентрации растворенных веществ СВ подразделяются на 3 вида: слабоконцентрированные – 1…500 мг /дм3;

среднеконцентрированные – 500…3000 мг /дм3;

высококонцентрированные – более 3000 мг /дм3.

Воздействие судна на ОС по этому виду загрязнений естественно связано с количеством образующихся на судне СВ. Чем больше СВ на судне, тем оно более экологически опасно.

Количество СВ должно соответствовать величине водопотребления на судне и зависит от количества, конструкции и исправности установленных санитарно-технических приборов, а также технического состояния труб и арматуры системы водообеспечения судна. Поэтому наиболее точно можно определить суточное накопление СВ (QСВ) с помощью графиков почасового расхода хозяйственно-бытовой воды [1]. В случае, если такая документация отсутствует, то можно воспользоваться нормами суточного расхода воды на одного человека для судов различных типов, приведенных в табл. П.8[1].

Сокращения

БЖД – безопасность жизнедеятельности

БПК (ВОD)5 – биохимическое потребление кислорода в течение суток, мг О2/дм3

ВВ (Sd4) – концентрация взвешенных веществ, мг О2/дм3

ВШХ – внешняя шумовая характеристика

ДП – диаметральная плоскость

ЛКП – количество лактоположительных кишечных палочек, шт/дм3

МО – машинное отделение

НВ – нефтесодержащие сточные воды

ОГ – отработавшие газы

ОНВ – очистка нефтесодержащих сточных вод

ООСВ – очистка и обеззараживание хозяйственно-бытовых сточных вод

ОС – окружающая среда

ПАВ – поверхностно-активные вещества

рН – водородный показатель

РФ – Российская Федерация

СВ – хозяйственно-бытовые сточные воды

СПАВ – синтетические поверхностно-активные вещества

СЭУ – судовая энергетическая установка

ХБСВ – хозяйственно-бытовые сточные воды

ХПК (СОD) – химическое потребление кислорода, мг О2/дм3

ХФСВ – хозяйственно-фекальные сточные воды

ЧС – чрезвычайная ситуация

ЭХВП – экологическая характеристика водного пути

Практическая часть

1. Рассчитать объем  накапливающихся НВ на судне  за одни сутки, м3/сут:

,
где	–	удельное значение накопления НВ на судах, м3/сут, определяемое в зависимости от мощности главных двигателей по табл. П.7 [1].

, тогда

qНВ = 3,6*10-4*N м3/сут;                       (1) qНВ = 3.6*10-4*4400=1,58 м3/сут Qнв = 1,1*1,58=1,73 м3/сут 2. Вычислить объем  сборной цистерны для накопления  НВ, м3: ,    (2) где  –  коэффициент запаса на осадок, = 1,2;  –  время накопления НВ в сборной цистерне, сут. Рекомендуется принимать = 6 сут. Vцнв = 1,2*1,73*6=12,46 3. Выбрать станцию  очистки НВ (ОНВ), образующихся на  судне.: Для предотвращения загрязнения ОС НВ и СВ суда должны быть оборудованы: сборной цистерной для НВ и сборной цистерной для СВ (расчет объема цистерн и производиться по формулам (31) и (34) соответственно), Производительность станции ОНВ, м3/ч, определяется по формуле [3]: м3/сут, (3) где – время обработки (очистки), = 4 ч. Выбор станции ОНВ для установки на судно производится по табл. П.10 в зависимости от  , м3/ч. Pнв = 12,46/4=3,12 м3/ч. Тип ОНВ – «УСФ-4» Производительность 4,0 м3/ч, масса 2120кг, габариты 1750х1270х2265, мощность 1,6кВт 4. Рассчитать объем  накапливающихся СВ на судне  за одни сутки, м3/сут: м3/сут,            (4) где  -количество людей на борту судна, чел.; -расчетная величина накопления СВ, л/(чел.∙сут), определяемая по табл. П.8 в зависимости от типа судна. QСВ = 1,1*120*10-3=0,13 м3/сут 5. Вычислить объем  сборной цистерны для накопления  СВ, , м3, по формуле м3,                       (5) где - коэффициент запаса на осадок, = 1,2 -время накопления СВ в сборной  неаэрируемой цистерне, сут. , где - время хода судна между пунктами сдачи СВ, сут. Vцсв = 1,2*0,13*3=0,47 М3 6. Выбрать станцию  ООСВ, образующихся на судне. Станция выбирается из условия накопления СВ на судне в течение не более 3 сут [6]. Определить производительность станции ООСВ, м3/ч, по формуле [7]: м3/сут, (6) где - время обработки (очистки), = 1 сут. Выбор станции ООСВ для установки на судно осуществляется по табл. П.11[1] в зависимости от  , м3/сут. PСВ = 0,47 м3/сут «Пуритекс» (США) 1,5 м3/сут, Масса 386/547,2* кг, Габариты1 680×1 230×1 530, кВт 10,4. 7. Определить размер  вреда, нанесенного водному объекту  при несанкционированном сбросе  неочищенных НВ, в соответствии  с методикой исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства утв. приказом МПР РФ от 13 апреля 2009 года № 87) [9],  , тыс. р., по формуле (7) где  - коэффициент, учитывающий природно-климатические условия в зависимости от времени года, определяется в соответствии с табл. П.12[1]; - коэффициент, учитывающий экологические факторы (состояние водных объектов); - коэффициент индексации, учитывающий инфляционную составляющую экономического развития, принимается на уровне интегрального индекса-дефлятора по отношению к 2007 г., который на соответствующий год определяется как произведение индексов-дефляторов по годам, устанавливаемых решением органа исполнительной власти субъекта Российской Федерации по строке «инвестиции (капитальные вложения) за счет всех источников финансирования»; =1,85 - такса для исчисления размера вреда от сброса нефтепродуктов в составе НВ в водные объекты, = 670 тыс. р./т; - масса сброшенного в водный объект нефтепродукта в составе НВ, т; - коэффициент, учитывающий интенсивность воздействия нефтепродуктов на водный объект;  = 5, поскольку фактическая концентрация нефтепродуктов в составе НВ превышает предельно допустимую концентрацию нефтепродуктов для рыбохозяйственных водоемов более чем в 50 раз. Масса сброшенного в водный объект нефтепродукта в составе НВ, , т, определяется по формуле: ,        (8) где  - объем сборной цистерны для накопления НВ, м3; - средняя фактическая концентрация  нефтепродуктов в НВ, мг/л, = 45 000 мг/л; - нормативное значение очистки НВ, которое должно быть обеспечено на судах внутреннего и смешанного плавания, работающих на внутренних водных путях, 8 мг/л, [8]; - коэффициент пересчета концентрации нефтепродукта из мг/л в т/м3. Мнв = 12,46*(45000-8)*10-6=0,56 Унв = 1,15*1,29*1,85*0,56*670000*5=5148635,1 тыс.р 8. Определить размер  вреда, нанесенного водному объекту  при несанкционированном сбросе  неочищенных СВ,– , тыс. р., по формуле: ,        (9) где  - такса для исчисления размера вреда от сброса СВ в водные объекты, определяется в зависимости от в соответствии с табл. П.14[1]. УСВ = 1,15*1,29*1,85*4000=10977,9 тыс.р Вопросы: 1. От чего зависит количество НВ, накапливающихся в корпусе судна? Количество НВ, накапливающихся в корпусе судна, зависит от его типа, технического состояния, конструктивных особенностей энергетической установки, передачи от двигателя к движителю и качества технического обслуживания судна в целом 2. Сколько процентов  нефтепродукта содержится в НВ? Состав НВ. в НВ судов нефтепродуктов содержится всего около 4–5% В составе НВ нефть может содержаться в виде крупных капель размером от сотых долей миллиметра и более, а также в виде эмульсии с размерами частиц 40–50 нм. Крупные частицы нефти легко всплывают с образованием на поверхности воды пленки, а эмульгированные – находятся в воде во взвешенном состоянии, что резко усложняет процесс удаления их из воды. Количество эмульгированных нефтепродуктов находится в пределах 12…36% от общего содержания нефти в НВ. 3. Как определяют суточное накопление НВ в практике морского судоходства? В практике морского судоходства используют статистические данные суточного накопления НВ в зависимости от водоизмещения судна 4. Как рассчитывают суточное накопление НВ для речных судов? В речных судах количество НВ связано с мощностью главных двигателей судна. 5. Как проявляется  вредное воздействие НВ и СВ  на ОС? За сутки накапливается до 0,4 м3 тяжелых гудронообразных нефтесодержащих отходов (шламов). При чрезмерном или постоянном загрязнении воды СВ количество растворенного в воде кислорода уменьшается, что приводит к нарушению процесса естественного самоочищения, и, как следствие, к изменению всего экологического характера акватории. Низкая концентрация растворенного кислорода и высокая концентрация органического вещества создают неблагоприятные условия для существования рыбы, которая или гибнет, или уходит из загрязненного района. 6. Каков состав СВ? Состав СВ обладает более высокой концентрацией загрязнений в случае применения раздельных (ХФСВ и ХБСВ) систем водоотведения, более жестким режимом водопользования, а также более высокой неравномерностью поступления на очистку. 7. Что такое  ЭХВП? экологическая характеристика водного пути 8. Оборудование  для защиты ОС. Как осуществляется  его выбор? Выбирают станцию ООСВ, Станция выбирается из условия накопления СВ на судне в течение не более 3 сут . 9. Какой нормативный  документ регламентирует определение размера вреда при несанкционированном сбросе СВ и НВ? Особенности расчета. водное законодательство (утв. приказом МПР РФ от 13 апреля 2009 года № 87) Вывод: Я изучил особенности воздействия судовых сточных вод на ОС, определил суточные накопления нефтесодержащих сточных вод (НВ) и хозяйственно-бытовых сточных вод (СВ), выполнил расчет природоохранного оборудования, оценил размеры вреда водным объектам в случае несанкционированного (аварийного) сброса НВ и СВ.