Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние проблемы обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного «река-море» плавания 9
1.1 Видовое разнообразие и пути распространения организмов, перевозимых с балластными водами на судах 9
1.2 Международные и национальные требования к качеству балластных вод и практика обращения с ними. Цель и задачи исследования 17
Глава 2 Исследование способов обеспечения экологической безопасности балластной воды на судах смешанного «река-море» плавания 27
2.1 Анализ особенностей балластной воды судов смешанного плавания 27
2.2 Характеристика и описание способов и средств, пригодных для обезвреживания балластной воды на судах 32
2.3 Выбор способа обезвреживания балластной воды 36
Глава 3 Исследование особенностей процесса хлорирования балластной воды на судах смешанного «река-море» плавания 48
3.1 Экспериментальные исследования влияния качества забортной морской воды на процесс хлорирования 48
3.2 Экспериментальные исследования влияния качества воды в балластных цистернах на процесс хлорирования 60
3.3 Математическое описание процесса хлорирования балластной воды на судне 67
Глава 4 Разработка судовой системы обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного «река-море» плавания и методики определения ее основных характеристик 79
4.1 Анализ конструкций балластных систем судов смешанного плавания 79
4.2 Описание процесса обезвреживания балластной воды на судне 83
4.3 Разработка судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластной воды и методики определения ее основных характеристик 90
4.3.1 Разработка математической модели работы системы обеспечения экологической безопасности балластной воды на судне 90
4.3.2 Методика определения основных характеристик системы обеспечения экологической безопасности балластной воды 93
4.4 Применение методики определения основных характеристик системы для обеспечения экологической безопасности балластной воды на судне 97
Заключение. выводы по работе 103
Литература 105
Приложения 118
- Международные и национальные требования к качеству балластных вод и практика обращения с ними. Цель и задачи исследования
- Экспериментальные исследования влияния качества забортной морской воды на процесс хлорирования
- Описание процесса обезвреживания балластной воды на судне
- Применение методики определения основных характеристик системы для обеспечения экологической безопасности балластной воды на судне
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в результате антропогенной деятельности по нашей планете ежедневно перемещаются десятки тысяч видов животных и растительных организмов. При этом развитие их в новом регионе приводит к весьма серьезным экологическим, социальным и экономическим последствиям. Ввезенные чужеродные виды по праву считаются второй по значению угрозой биоразнообразию природных экосистем (после разрушения мест обитания).
Вселение чужеродных видов животных, растений и микроорганизмов в природные сообщества в результате деятельности человека (интродукции) представляет собой биологическое загрязнение.
Последствия биологического загрязнения, в отличие от других видов антропогенного воздействия (например, нефтяного загрязнения), имеют, как правило, необратимый характер. Это обусловливает особую опасность такого антропогенного воздействия и определяет специфику мер борьбы с биологическим загрязнением: они должны носить преимущественно превентивный характер.
Проведенный обзор международного и Российского законодательства в области сотрудничества по предотвращению биологического загрязнения показывает, что этот вид загрязнения является экологической проблемой глобального характера и представляет собой серьезную угрозу экологической безопасности России.
В значительной степени эта проблема обусловлена переносом организмов в судовых балластных водах и осадках. Значение этого пути вселения чужеродных и опасных для региона организмов будет увеличиваться по мере интенсификации судоходства, поэтому каждое судно, перевозящее и сливающее балластные воды, можно рассматривать как источник потенциальной экологической опасности.
В связи с этим, Россией в 2007 году была одобрена "Международная Конвенция по контролю и обработке судового водяного балласта и осадков" (International Convention for the Control and Management of Ships’ Ballast Water and Sediments, 2004) (далее Конвенция).
Рекомендуемый этой Конвенцией основной способ предотвращения биологического загрязнения представляет собой замену балласта в местах с глубиной не менее 200 метров и на удалении от берега не менее 200 морских миль. Однако он не применим для судов смешанного «река-море» плавания в силу их конструктивных особенностей и эксплуатационных характеристик. К тому же этот способ малоэффективен, потому что даже при трехкратной смене балласта в танках образуются застойные зоны и полной смены воды не происходит.
В связи с этим в России и за рубежом активно ведутся исследования в направлении поиска новых способов обезвреживания балластной воды на судах. Известны работы И.А. Сагайдака (Украина), фирмы Mitsui OSK Lines – MOL (Япония), система обновления судовой балластной воды (Россия), система обработки балласта компаний Kure National Coll. Technol. и Babcock-Hitachi K.K. (Япония), система SEDNA фирмы HAMANN AG (Германия), системы фирм Ecochlor, Inc. и Matson Navigation Company, Inc. (США), система и метод для обработки водяного балласта (США) и др.
Однако в этих работах отсутствуют исследования, посвященные обеспечению экологической безопасности балластной воды, с учетом особенности конструкции и эксплуатации судов смешанного (река-море) плавания, поэтому исследования в этом направлении являются актуальными.
Целью работы является научное обоснование создания судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластных вод путем их обезвреживания на борту судов смешанного плавания и методики определения основных характеристик этой системы.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
– исследовано видовое разнообразие и пути распространения организмов, ввозимых с балластными водами на судах смешанного (река-море) плавания, в том числе во внутренние водоемы и водотоки;
– исследованы особенности состава загрязнений балластной воды на судах смешанного плавания;
– выполнены исследования и выбран способ управления качеством балластной воды;
– выполнено математическое описание процесса обезвреживания хлором балластной воды на судах;
– разработана принципиальная схема и математическая модель работы системы обеспечения экологической безопасности балластных вод хлором;
– разработана методика определения основных характеристик судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного плавания.
Научная новизна работы заключается в следующем:
– впервые выполнено математическое описание процесса и технологии обезвреживания хлором судовых балластных вод случайного состава путем внесения необходимой для обезвреживания балласта дозы хлора и последующего управления качеством воды за счет непрерывного контроля и поддержания содержания хлора в воде на необходимом допустимом уровне;
– разработана принципиальная схема судовой системы обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного плавания;
– создана математическая модель работы судовой системы обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного плавания;
– выполнены исследования распада хлора в балластной воде в зависимости от его концентрации в ней после принятия балласта, длительности рейса судна и температуры балластной воды; получено выражение для расчета дозы хлора, обеспечивающей экологически безопасное состояние балластной воды;
– получен патент на полезную модель №85143 «Система обновления судовой балластной воды».
Практическая ценность и внедрение:
– создана методика определения основных характеристик судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного плавания;
– результаты исследований использованы при выполнении ВГАВТ-ом научно-исследовательских работ: «Разработка дополнений к Правилам экологической безопасности судов» (письмо ГУ РРР №15-21-1107 от 02.05.2006г.); «Предотвращение загрязнения внутренних водных путей балластными водами судов смешанного (река-море) плавания» по заданию Российского Речного Регистра (письмо № 15-21-3195 от 12.11.2007г.);
– результаты исследований используются в учебном процессе по дисциплине «Промышленная экология» специальности «Инженерная защита окружающей среды».
Объект, предмет и методы исследований. Объектом исследований является судовая система для обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного (река-море) плавания.
Предметом исследований является процесс обезвреживания балластной воды со случайным переменным составом загрязнений с помощью хлора.
Достоверность полученных результатов обеспечена применением фундаментальных научных методов теории кинетики химических реакций, аппарата математического планирования эксперимента, методов экспертной оценки и статистического анализа.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта Поволжья» (Н.Новгород, 2003); международном форуме «Великие реки» (Н.Новгород, 2005, 2006, 2007, 2008).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в девяти статьях, одна из которых в рецензируемом журнале из перечня ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 104 страницы машинописного текста, в том числе 17 таблиц и 13 рисунков. Список литературы состоит из 130 наименований.
Международные и национальные требования к качеству балластных вод и практика обращения с ними. Цель и задачи исследования
По данным ИМО на апрель 2009 года Конвенцию приняли 18 государств (из 30-ти необходимых), процент мировых грузоперевозок которых составляет 15,36% (необходимо не менее 35%). Поэтому, на сегодняшний день документ не вступил в силу, но тот факт, что для вступления остается привлечь менее половины от заявленного состава государств, говорит о необходимости быть готовыми к выполнению стандартов обращения с балластными водами судов.
Экологическая безопасность балластных вод до вступления Конвенции в силу обеспечивается национальными требованиями к качеству балласта в разных странах: Америке, Японии, Канаде, Новой Зеландии, Израиле, Украине и др.
Требования, предъявляемые к судам, заходящим, например, в порты Канады и Америки, в настоящее время даже более жесткие, чем описанные в Конвенции [79, 122, 124].
Германский Регистр Ллойда (Lloyd s Register) выпустил в феврале 2010 года справочник Ballast Water Treatment Technology, который содержит информацию об одобренных Регистром коммерчески доступных и развивающихся технологиях по обращению с балластными водами судов для оказания помощи судовладельцам и другим заинтересованным лицам в решении одной из самых существенных экологических и эксплуатационных проблем, стоящих перед ними сегодня — обеспечение экологической безопасности балластных вод [123].
На территории России Государственный надзор за предотвращением загрязнения внутренних водных путей (ВВП) при эксплуатации судов осуществляют ряд учреждений, такие как: региональные Центры Госсанэпиднадзора на транспорте, Минздрава России, территориальные органы Госкомэкологии России и территориальные органы Министерства природных ресурсов России, Администрации портов и др. В ряде документов [83, 84, 86] по санитарно- эпидемиологическому благополучию населения при эксплуатации водных объектов предусматриваются системы и устройства, обеспечивающие предотвращение загрязнения водной среды неочищенными и необез-зараженными сточными водами, неочищенными нефтесодержащими водами, бытовым и другим мусором, а также пищевыми отходами. В требованиях к качеству вод портов [75, 76] указываются правила плавания и управления движением судов, лоцманское обслуживание, информация о подходе, стоянка судов в порту, санитарный режим в порту, предотвращение загрязнения портовых вод сточными водами. Известны Правила предотвращения загрязнения с судов Российского Речного Регистра [70, 77], в которых рассматривается система автоматического измерения, регистрации и управления сбросом балластных и промывочных вод с точки зрения загрязненности их . нефтью и нефтепродуктами.
Однако перечисленные нормативные документы не рассматривают возможность биологического загрязнения водоемов балластными водами судов. Нигде не встречаются рекомендации по очистке балластных вод от перевозимых водных организмов. Не затрагивают вопросов стандартов качества и управления судовыми балластными водами.
Кроме того, целью целого ряда международных и отечественных документов [52, 54, 55, 65, 71, 95, 115, 116] является сохранение и защита местных видов флоры и фауны от необоснованных потерь, но среди источников опасности балластные воды судов не рассматриваются.
Так же следует отметить, что в Федеральном Законе «Об охране окружающей природной среды» от 10.01.2001 года прописан запрет на ввоз, производство, разведение и использование растений, животных и других организмов, не свойственных естественным экологическим системам без разработки эффективных мер по предотвращению их неконтролируемого размножения. А юридические и физические лица, осуществляющие деятельность, связанную с возможностью негативного воздействия организмов на среду, обязаны обеспечивать экологически безопасное производство, транспортировку, использование, хранение, размещение и обезвреживание организмов, разрабатывать и осуществлять мероприятия по предотвращению аварий и катастроф, предупреждению и ликвидации последствий их негативного воздействия на среду. Так как в законе не уточняется конкретный источник воздействия, то судоводители и судовладельцы могут оказаться ответственными за транспортировку вредных водных и патогенных организмов с балластными водами судов.
Таким образом, "Конвенция о контроле судовых балластных вод и осадков и управлении ими" впервые обязывает совершенствовать, сводить к минимуму и окончательно устранить опасность для окружающей среды, здоровья человека, имущества и ресурсов, связанную с переносом вредных водных и патогенных организмов. Это предполагается сделать посредством контроля качества судовых балластных вод и управления ими, применяя для этой цели механические, физические, химические и биологические процессы по отдельности или в сочетании.
Под термином управление качеством балластных вод, согласно Конвенции, понимают различные способы для удаления, обезвреживания или избежания приема на борт судна вредных и патогенных организмов.
Из анализа литературных данных автором были выявлены и приводятся на рис. (1.1) все существующие в настоящее время способы управления качеством балластных вод.
Широко применяемым в настоящее время способом, соответствующим Конвенции, является замена балласта на удалении 200 морских миль от ближайшего берега, в местах с глубиной воды более 200 метров. Замена должна производится с эффективностью, не менее 95% по объему балластной воды на судне. Вместо единовременной замены балласта может применяться метод прокачки трехкратного объема балласта каждого танка [36].
Однако в литературе опубликованы результаты работы американских исследователей [73] по изучению поведения жидкости внутри различных по конструкции танков при проточной замене балласта, в которых был использован программный комплекс Fluent. Было установлено, что некоторые конфигурации цистерн не позволяют использовать смену балласта без увеличения времени прокачки, которое должно быть определено в ходе дальнейшего тщательного гидродинамического анализа течения жидкости в цистернах.
Метод замены балласта не применим для судов смешанного «река-море» плавания, построенных по Правилам Речного Регистра в силу их конструктивных особенностей, эксплуатационных характеристик и ограниченности района плавания. Район плавания разных типов этих судов ограничен Классом Регистра до 50 или 100 миль, а для ряда судов и 20-ти милыюй зоной.
Кроме того, указываются и условия волнения в баллах и ограничения по высоте волны, причём, при ходе судна с балластом эти условия могут быть жестче (например, волнение 5 баллов допускается для случая плавания судна с грузом и 4 балла для плавания судна порожнем с балластом) [89].
Опасность для судна может возникать вследствие изменения нагрузки на корпус, что ведет к нарушению продольной прочности; образования свободных поверхностей жидкости в танках; образования волн внутри танков, что может привести к разрушению их конструкции; увеличения нагрузки на всю балластную систему при перепрессовании танков и ухудшение параметров остойчивости [77, 80].
Способ замены может быть выполнен только судами, которые построены на класс Морского Регистра судоходства с неограниченным районом плавания. Но и для таких судов срок применения данного способа предотвращения биологического загрязнения балластных вод ограничен Конвенцией до 2016 года (рис. 1.2).
Конвенцией предусматривается ряд других способов для обезвреживания водяного балласта.
Например, прием на береговые портовые очистные сооружения.
Экспериментальные исследования влияния качества забортной морской воды на процесс хлорирования
Метод обезвреживания воды с помощью препаратов хлора давно известен. Начиная с конца XIX века этот метод применяют во всем мире для дезинфекции питьевой воды [8, 9, 101, 112].
Широко применяется хлорирование для обработки воды в бассейнах как с пресной, так и с морской водой [81, 82], также используются препараты хлора для обезвреживания сточных вод [57].
Однако, качество природной морской воды для плавательных бассейнов до применения обезвреживающего агента строго регламентируется и несоответствие заданным параметрам устраняется применением способов предварительной очистки воды физико-химическими методами. При отсутствии возможности использования природной морской воды она может быть получена путем добавления в очищенную пресную воду заданного количества морской соли и далее эта вода подвергается обезвреживанию хлором.
Таким образом, хлорирование применяется для обработки разной степени загрязненных, но в подавляющем большинстве случаев пресных вод.
К тому же, во всех перечисленных выше случаях, обеззараживание ведется с относительно стабильным химическим составом воды.
Применение хлорирования для обработки соленых балластных вод мало изучено. Связано это с отсутствием актуальности до настоящего времени обеззараживания судовых балластных вод.
Особенностью балластной воды является наличие случайного изменяющегося состава примесей, приведенного в п. 2.1. Поэтому требовалось проведение специального исследования процесса хлорирования соленых балластных вод судов смешанного (река-море) плавания.
В соответствии с требованиями стандарта качества балластных вод по Конвенции и с учетом безопасных значений концентраций остаточного активного хлора при сбросе хлорированных вод в водоем [57], после обезвреживания балластная вода должна иметь следующие показатели качества:
количество кишечных палочек не более 250 КОЕ в 100 мл воды;
концентрация остаточного активного хлора не более 0,5 мг/л и не менее 0,3 мг/л.
В связи с этим возникает задача выбора и обоснования дозы хлора, которая бы обеспечила выполнение требуемых условий.
Поскольку состав загрязнений балластной воды является случайным, можно только экспериментально установить влияние различных примесей воды на остаточную концентрацию хлора в воде, а по ней на необходимую вводимую дозу активного хлора.
Величина необходимой вводимой концентрации активного хлора главным образом будет зависеть от двух групп факторов, характеризующих:
физико-химические свойства и состава забортной морской воды (температура, рН, взвешенные вещества, соленость, биологическое загрязнение и др.);
техническое состояние балластных систем судна (взвешенные вещества, концентрация железа и нефтепродуктов).
В связи с вышесказанным были разработаны и проведены два многофакторных эксперимента.
В обоих экспериментах в качестве параметра оптимизации была выбрана доза хлора, вводимого в воду.
Анализ применяемой в настоящее время технологии обработки поверхностной воды хлором показывает, что во всех случаях она основана на предварительной очистке воды до заданного стандарта и последующем обезвреживании хлором. Поэтому, если использовать такую технологию для обезвреживания балластной воды при приеме на борт судна водяного балласта пришлось бы перед его обезвреживанием от биологического загрязнения проводить сначала лабораторное исследование состава воды, анализировать полученные данные, выбирать и осуществлять предварительную обработку, а затем обеззараживание, что технически выполнить невозможно.
Исходя из этих соображений, решение проблемы видится автору в определении некоторой минимально необходимой контролируемой дозы хлорпрепарата, вводимого в балластную воду, которая имеет случайный состав, с целью достижения стандартов качества балластной воды, заданных Конвенцией.
По результатам эксперимента необходимо установить формы зависимости между дозой вводимого хлора и совокупностью действующих факторов, характеризующих состав воды.
Как показали проведенные ранее исследования, забортная морская вода характеризуется следующими физико-химическими показателями: температурой, водородным показателем среды рН, соленостью, взвешенными веществами, биологическим загрязнением, измеренным в колиобразующих единицах (КОЕ).
Эффективность процесса хлорирования, а значит и значение параметра оптимизации, зависят от уровней, на которых находятся значения этих показателей или факторов.
Для составления матрицы планируемого эксперимента были введены следующие обозначения:
Хх -температура, оС;
X2 - водородный показатель среды рН;
Х} — солёность, %о;
Х4 — взвешенные вещества, мг/л;
Х5 — биологическое загрязнение, КОЕ/100 мл;
Y - параметр оптимизации или вводимая концентрация активного хлора, мг/л. Из литературных источников [28, 42, 87] установлено, что:
- водородный показатель среды рН значительно влияет на процесс хлорирования, легко управляем, имеет высокую точность измерения;
- управляемость и точность измерения солености высокая;
- взвешенные вещества являются легко управляемым и измеряемым показателем загрязненности природных вод;
- максимальные и минимальные значения температуры находятся в широком диапазоне, они влияют на скорость растворения реагента и протекания реакций окисления веществ [31], имеют высокую точность определения и управляемость;
- биологическое загрязнение, оценивается количеством кишечных палочек, значения которых есть в списке стандартов качества воды Конвенции. Они являются более устойчивыми к воздействию дезинфектантов чем другие, напрмер, холерный вибрион и энтерококки, также указанные в стандарте Конвенции, и относительно просты в определении.
Таким образом, факторы соответствуют необходимым требованиям для проведения исследований с использованием метода математического планирования эксперимента.
Планирование эксперимента осуществлялось по схеме полнофакторного плана, который предусматривает одновременное варьирование всех исследуемых факторов на двух уровнях:
- верхнем, имеющем максимальное значение рассматриваемого фактора,
- нижнем, соответствующем минимальному значению фактора.
Выбор интервала варьирования факторов производился с учетом проведенного анализа особенностей состава морской воды п. 2.1, табл. 2.3.
Основной уровень факторов, а также интервалы варьирования приведены в табл. 3.1.
Описание процесса обезвреживания балластной воды на судне
Как было показано в гл. 3, для обеспечения обезвреживания хлором балластных вод на борту судна необходимо обеспечить подачу его в воду в процессе заполнения балластных цистерн, где она должна находиться, во время всего балластного перехода.
Поэтому особенностью технологии обеззараживания балластной воды является отсутствие расхода хлорированной воды во время всего рейса судна. В связи с этим процесс обработки балластной воды хлором можно разделить на две стадии:
1) период обезвреживания воды во время балластировки;
2) период хранения хлорированной воды в балластной цистерне с автоматическим контролем и поддержанием остаточной концентрации хлора в балластной воде во время всего рейса. Первая стадия технологии обработки балластной воды состоит в интенсивном смешивании воды с хлором в трубопроводе и ее подачи в балластный отсек, где обеспечивается необходимое для обезвреживания время контакта воды с хлором.
Цистерна для хранения расходного запаса концентрированного хлора должна изготавливаться из химически нейтрального (стойкого к хлору) материала и располагаться в непосредственной близости от точки ввода хло-рагеита в балластную воду.
Объём этой цистерны должен определяться расчётом, исходя из количества вводимого хлора, необходимого для обеззараживания максимального объема балластной воды во время рейса с учетом его длительности и температуры воды.
Ввод реагента с достаточной эффективностью может быть обеспечен насосом-дозатором. При этом насос-дозатор должен обеспечивать высокую точность дозирования (в том числе при ходе судна на волнении), возможность лёгкой и оперативной перестройки режима работы, дистанционного управления импульсными и стандартными сигналами, стойкость к концентрированному хлору.
Анализ литературы [10, 87] показывает, что для решаемой задачи подходят дозирующие насосы поршневого, мембранного и перистальтического типов.
Однако существенным недостатком поршневых насосов-дозаторов является пульсирующая подача реагента, возможность его протечек и невозможность дистанционного управления его расходом, а также непосредственный контакт частей насоса-дозатора с рабочими растворами.
Перистальтические дозировочные насосы не позволяют обеспечить высокое давление рабочего раствора и характеризуются недостаточной надёжностью некоторых конструктивных элементов. Наиболее распространённые электромагнитные (соленоидные) насосы-дозаторы не обеспечивают требуемый напор и производительность при высоких противодавлениях (не более 20 бар и 50 л/ч).
По этой причине такие насосы-дозаторы могут применяться только на небольших судах с малыми объёмами балластных цистерн и протяжённостью трубопроводов.
Для крупных транспортных судов более приемлемы механические мембранные насосы-дозаторы (обеспечивают давление до 100 бар) и пульса-ционные насосы (70...80 бар). И те и другие оснащаются электронными блоками управления (контроллерами), задающими частоту и амплитуду управляющих импульсов.
К достоинствам таких насосов-дозаторов можно отнести их малые массу и габариты, а также поставку на рынок в виде удобного в обслуживании моноблока (в комплекте со стандартными или специальными приборами контроля среды).
Вторая стадия - хранение балластной воды, занимает все время рейса судна с балластом, в процессе которого происходит поддержание остаточного активного хлора на заданном уровне.
Определенное количество хлора попадает в балластную цистерну и начинается активное окисление органики, сопровождающееся расходом реагента и снижением концентрации хлорагента.
Вследствие достаточно высокой активности дезинфектанта он вступает в химические реакции со многими органическими и некоторыми неорганическими веществами, находящимися в воде.
В ней присутствует большое количество сложных органических веществ и живых организмов, а также загрязнения, связанные с состоянием балластных танков судов.
При хлорировании воды, содержащей вышеприведенные вещества, образуются хлорорганические вещества (хлороформ, дихлорбромметан, трига-логенметаны и др.), обладающие высокой токсичностью. К настоящему времени опубликовано большое количество работ, посвященных загрязнению воды хлорорганическими соединениями (ХОС), описаны закономерности и факторы, обуславливающие их появление [72, 96, 97, 98, 112], где основным фактором является доза хлора.
С учетом малых концентраций вводимого хлорпрепарата при обезвреживании балластной воды на судах смешанного плавания, сбросом балластных вод далеко от мест водозабора и природоохранных зон, а также принимая во внимание самоочищающую способность водоемов, правомерно говорить о незначительном влиянии образующихся ХОС на экологическую безопасность водоемов.
Длительность балластных рейсов способствует диффузии активного хлора внутрь частичек мутности или осадков балластных танков, т.к. в этом случае эффективность хлорирования зависит от времени контакта (несколько дней).
Микробиологическая безопасность воды в любой точке балластной цистерны сохраняется благодаря эффекту последействия. Он заключается в том, что молекулы хлора сохраняют свою активность по отношению к микробам и угнетают их ферментные системы.
Достижение уровня остаточного активного хлора в балластной воде 0,5 мг/л обеспечивает этот эффект и соблюдение требований к сбросу балластной воды. Поэтому контроль содержания остаточного хлора в воде имеет важное значение для управления процессом обработки балластных вод. Для этих целей могут быть применены специальные анализаторы, широко представленные на рынке.
Принцип действия существующих анализаторов может быть различным, в зависимости от используемого метода измерения.
Применение методики определения основных характеристик системы для обеспечения экологической безопасности балластной воды на судне
Разработанная методика была использована при выполнении научно-исследовательской работы «Предотвращение загрязнения внутренних водных путей балластными водами судов смешанного (река-море) плавания» по заданию Российского Речного Регистра (письмо № 15-21-3195 от 12.11.2007).
Применена для определения основных характеристик судовой системы обеспечения экологической безопасности балластных вод для судна смешанного плавания проекта 006RSD02 (год постройки 2008, завод строитель ОАО "Навашинская судоверфь".
Основные характеристики балластной системы:
1. производительность балластного насоса 250 м7ч;
2. напор балластного насоса 0,3 МПа = 30,58 м;
3. общий объем балластных цистерн 3923 м3;
4. время заполнения балластных цистерн 1 б ч..
Исходные данные для расчета:
1. обеззараживающий реагент гипохлорит натрия марки "А" с массовой концентрацией активного хлора 120 г/л;
2. максимальный объем обрабатываемой балластной воды 3923 м3;
3. длительность балластного рейса 14 суток;
4. концентрация взвешенных веществ в балласте 11,0 мг/л, общего железа - 3,0 мг/л, нефтепродуктов - 5,0 мг/л;
5. остаточная концентрация активного хлора 0,5 мг/л;
6. район плавания - Средиземное море (температура воды +30С, соленость 30%о, рН - 7,78, биологическое загрязнение 1300КОЕ/100мл).
Обеззараживающим реагентом выбран гипохлорит натрия марки "А" химически чистый ТУ6-01-29-93 (водный раствор натриевой соли хлорноватистой кислоты), с массовой концентрацией активного хлора 120 г/л. Химическая формула NaClO. Данный хлорпрепарат широко применяется для обеззараживания питьевой воды, воды плавательных бассейнов, бытовых и промышленных сточных вод, в пищевой, молочной промышленности, в рыбоводстве, а также в здравоохранении [10, 72, 96, 106, 1 14].
Основными преимуществами гипохлорита натрия перед другими подобными препаратами являются:
возможность получения гипохлорита на месте его применения с помощью электрохимических методов (имеются устройства, адаптированные к судовым условиям);
умеренная цена готовых концентрированных растворов гипохлорита натрия;
возможность выбора способа применения гипохлорита натрия путем получения на месте или использования уже готового раствора в экономичной, безопасной и удобной для хранения упаковке;
высокая эффективность обезвреживания водорослей, спор, грамм-положительных, грамм-отрицательных бактерий, грибков;
незначительное выделение газообразного хлора при применении;
бактерицидное действие проявляется при небольших сроках экспозиции (3...5 минут);
низкий коррозионный эффект (по сравнению с жидким хлором в 6 раз).
Расчет характеристик судовой системы обеспечения экологической безопасности балластной воды на судне:
1. Концентрация гипохлорита натрия на обезвреживание балластной воды рассчитывается по уравнению:
С„ = В + 0,012г-0,46рЯ- 0,02.v + 0,18g + 0,002/i = 11,8 + 0,012-30 -0,46 -7,78 -0,02 -30 + + 0,18 11 + 0,002 -1300 = 10,62л/г / л
2. Концентрация гипохлорита натрия для обеспечения экологической безопасности при хранении балластной воды с учетом скорости распада хлора в воде и длительности рейса 14 суток, определяется из уравнения:
Исходя из полученных значений выбираем насос-дозатор марки DMX190-10 B-SS/V/SS-X-E1А1А1X.
Мембранный дозировочный насос с двигателем переменного тока, оснащенный системой микропроцессорного управления, сервоприводом, датчиком контроля мембраны. Максимальная подача 190 л/ч, максимальный напор 10 бар. Материалы проточной части стандартно - ПВХ/ витон/ стекло. Двигатель 3x400В, 50 Гц, мощность 0,37 кВт.
Таким образом, на данном судне может быть размещена судовая система, обеспечивающая экологическую безопасность балластной воды с соблюдением требований международной Конвенции и включающая:
расходную емкость для хранения жидкого концентрированного ги-похлорита натрия на 4,1 м3;
емкость может иметь округлую форму с высотой 2 метра и диаметром 1,56 м или прямоугольную форму с размерами 1,6х1,бх1,6.к;
насос-дозатор с максимальной производительностью 190 л/ч и напором 10 бар.
С учетом характеристик системы была рассчитана стоимость оборудования, материалов и монтажа системы обеспечения экологической безопасности балластных вод на судне. Она составила 1,5 млн. рублей!
Таким образом, в результате выполнения диссертационных исследований создана судовая система обеспечения экологической безопасности балластной воды на судне смешанного плавания и обоснована методика определения основных ее характеристик.
Эта система исключает риск аварий по сравнению с другими способами обезвреживания балластных вод, требующих выхода судна в открытое море на опасное удаление от берега.
Кроме того, создается существенный экологический эффект, благодаря более полной (99%) дезинфекции балластной воды и экономический эффект за счет снижения простоя судов для обезвреживания (смены) балласта во время рейса (16 часов).
