Оценка загрязнения открытого водоисточника

     С тех пор разливы нефти при  авариях судов и водных буровых установок происходят довольно часто. В целом за 1962-1979 г.г. в результате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. тонн нефти, причем с 1962 по 1971 г. – по 66 тысяч тонн ежегодно, с 1971 по 1976 г. – по 116 тысяч тонн, а с 1976 по 1979 г. – по 177 тысяч тонн. [3].

     В разделе показано, что аварии, связанные  с разливами нефти на реке представляют серьезную опасность для здоровья населения, нефтепродукты входящие в состав нефти являются аварийно химически опасными веществами и представляют угрозу для человека.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Расчет основных характеристик зоны загрязнения в водотоках

      В данном разделе производится оценка загрязнения открытого водоисточника  при транспортировке нефти. Расчет производится по методике оценки загрязненя открытых водоисточников аварийно химически опасними веществами в чрезвычайных ситуациях.

     Исходные  данные: При транспортировке нефти через мост была опрокинута в реку цистерна объемом 60 м³, содержащая нефть плотностью 0,85 г/см³ . Из-за разгерметизации цистерны, отходы поступали в реку в течение одного часа. Температура воды составляла 15 ⁰С, средняя скорость течения реки на расчетном участке 1,1 м/с.

     Требуется определить: концентрации на участках реки 2, 5, 8, 10 км, при ширине реки на этих участках 301, 258, 323, 516 м соответственно, продолжительность прохождения высоко и экстремально высоко загрязненных масс воды.

    Определение времени подхода зоны загрязнения  с максимальной концентрацией аварийно химически опасного вещества  на первом участке реки[20].

    Прогноз времени подхода зоны загрязнения с максимальной концентрацией АХОВ к заданному створу водотока определяется по формуле:

    

     где t_д - время добегания речной воды от места аварии до заданного

                створа, час;

           t₀- продолжительность сброса АХОВ в реку, час.

Расчет t_д выполняется по формуле:

     где L - длина расчетного участка реки,  км; 

           V - средняя скорость течения реки на участке, м/с.

    Если  вместо значения средней скорости течения  реки на участке задан расход воды (Q, м³/с), то ориентировочное значение средней скорости течения воды определяется из соотношения:

    

     где B  -  средняя ширина расчетного участка реки, м;

           H – средняя глубина расчетного участка реки, м.

    Аналогичным образом определяется значение расхода  воды по заданной средней скорости течения:

    

     Расчет  максимального значения концентрации аварийно химически опасного вещества в зоне загрязнения водотока

    Ориентировочные максимальные концентрации АХОВ в заданном створе водотока ( С_max, мг/л ) рекомендуется рассчитывать по формуле:

    

    где Са - концентрация АХОВ в аварийном  сбросе, мг/л;

Q - безразмерный  коэффициент, учитывающий продольную  дисперсию загрязняющего вещества в водотоке;

e - безразмерный коэффициент, учитывающий неконсервативность   загрязняющего вещества.

    Если  концентрация АХОВ в аварийном сбросе не задана, например в случае поступления  в реку чистого (неразбавленного) вещества, расчет Са выполняется по соотношению[20]:

 

    где r - плотность загрязняющего вещества, кг/м³.

Расчет  коэффициента J производится по формуле:

где Q  - расход воды в водотоке выше места  сброса АХОВ на        расчетном участке, м³/с;

q - расход АХОВ, м³/с; j - коэффициент, учитывающий смешение       АХОВ в массе водного потока.

     Расход  поступающего в реку загрязняющего  вещества определятся по формуле:

     

     где W - обьем АХОВ, поступившего в реку, м³;

           t₀ - продолжительность поступления АХОВ в реку, час;

      Y - безразмерный коэффициент, учитывающий испарение АХОВ в начальный период развития аварии (используется только для АХОВ, кипящих ниже 0 ⁰С, в остальных случаях принимается равным единице).

     Расчет  безразмерного коэффициента Q, учитывающего продольную дисперсию загрязняющего вещества в водотоке, производится по формулам:

  при  Z>3 и t_max>t₀;

Q = 1  при Z<3 или t_max<t₀,

     где Z - безразмерный параметр, определяемый по соотношению:

     

     где D - коэффициент продольной дисперсии, м²/с.

    Коэффициент неконсервативности загрязняющего  вещества (e) определяется по формуле:

где k - суммарный коэффициент скорости самоочищения загрязняющего вещества,1/сут;

      t_д - время добегания речной воды отместа аварии до заданного створа, час.

    Для консервативных, а при отсутствии данных о скорости самоочищения и для неконсервативных веществ значение коэффициента e принимается равным единице[20]. 

    Прогноз продолжительности прохождения  высоких и экстремально высоких концентраций аварийно химически опасного вещества в заданном створе водотока

    Продолжительность прохождения высоких и экстремально высоких концентраций АХОВ на первом участке реки (D_tз,час) определяется по соотношению:

    

    где t₀ - продолжительность поступления АХОВ в водоток, час;

         Z –безразмерный параметр; 

      С_вз – установленный уровень высокого (10 ПДКв) или экстремально высокого (100 ПДКв) загрязнения,  мг/л;

C_max- максимальное значение концентрации АХОВ в заданном створе, мг/л.

    Момент  прохождения фронта (t_ф) зоны загрязнения через заданный участок определяется по формуле:

    

а момент прохождения хвостовой части (t_x) зоны высокого или экстремально высокого загрязнения по формуле[20]:

 

Результаты  для всех черырех случаев приведены  в таблице 1.

     Таблица 1 – Результаты расчета основных характеристик зоны загрязнения  в водотоке

 

     Таким образом рассчитав концентрации на разных участках реки и продолжительность прохождения высоко и экстремально высоко загрязненных масс воды через данные участки, следует, что концентрация с расстоянием уменьшается с 850000 мг/л до 831300 мг/л, нефть расстояние в 10 км пройдет полностью за время 3,935 часа. Участок реки загрязненный нефтью показан в приложении 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Способы ликвидации нефтяных загрязнений и обеспечение защиты населения в случае разлива нефти

      В данном разделе рассматриваются способы ликвидации нефтяных загрязнений, классификация методов удаления нефтепродуктов, необходимое оборудование для сбора нефти с поверхности воды, обеспечение защиты населения в случае разлива нефти.

1. Классификация методов удаления нефтяных загрязнений

      Из  всех известных способов и методов  ликвидации загрязнений нефтепродуктами водной поверхности следует выделить четыре основных способа: механический, осуществляемый с помощью всевозможных конструкций и устройств для сбора нефти; физико-химический, основанный на использовании физико-химических явлений; биологический - с помощью микробиологических культур и фотохимический, проходящий под действием солнечного света и катализаторов.

      Основные методы ликвидации загрязнений с водной поверхности [4] могут быть систематизированы и сгруппированы по признакам действия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Рисунок 1.1 – Блок–схема классификации методов удаления нефтепродуктов

2. Самоочищение

  В ряде районов Мирового океана в процессе длительной эволюции сложились механизмы самоочищения морской среды от нефти, сотни тысяч тонн которой ежегодно на протяжении многих тысяч лет просачиваются сюда через поры и трещины в горных породах. Очистка происходит за счет ассимиляционной способности самой морской среды. В других районах, не подвергающихся постоянному загрязнению нефтью, эта способность выражена крайне слабо.

  Общим для всей водной среды является то, что после попадания на водную поверхность морей и внутренних водоемов нефть с самого начала подвергается многим физическим и химическим превращениям. Обычно нефть распространяется по поверхности воды в виде пленки толщиной несколько миллиметров в зависимости от ее вязкости и температуры. Например, толщина пленки нефти, имеющей плотность 930...960 кг/м³, в холодной морской воде может достигать 6...7 мм.

  Под действием воздуха, солнца и морской  воды с нефтью происходят химические реакции в сочетании с процессами растворения, испарения, фотохимическими реакциями и микробиологической деградацией, которые и определяют три основных процесса поведения нефти в море - адвекция, растекание и выветривание [5]:

  - адвекция - процесс переноса нефти  под действием ветра и течений. Средняя скорость распространения нефтяного пятна в первые часы после разлива ее на водной поверхности составляет порядка З...3,5 % от скорости ветра и 10…60 % от скорости течения;

  - растекание - процесс, обусловленный  плавучестью нефти и коэффициентом растекания за счет поверхностного натяжения и диффузии, приводящий к увеличению площади поверхности моря, покрытой нефтяной пленкой. С течением времени процесс гравитационного растекания замедляется, зато начинает действовать горизонтальная турбулентная диффузия;

  - выветривание - изменение свойств  нефти (плотности и вязкости) во времени.

  Все эти физические и химические изменения, которым подвергается пролитая в море нефть, часто объединяются одним термином «выветривание». Время выветривания  в значительной степени зависит от вязкости пролитой нефти, температуры водной среды и ее турбулентности.