НормувнафтаОК3

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ТЕХНОЛОГІЇ НЕОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН І ЕКОЛОГІЇ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до практичних робіт з дисципліни «Нормування антропогенного навантаження на навколишнє

середовище»

на тему:

Оцінка параметрів забруднення морського середовища нафтою та нафтопродуктами

Для студентів спеціальності 6.040106 – “Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування”

Одеса – 2011

2

Методичні вказівки на тему: «Оцінка параметрів забруднення морського середовища нафтою та нафтопродуктами» з курсу: «Нормування антропогенного навантаження на навколишнє середовище» для студентів спеціальності 6.040106 – «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування» / К.А. Васютинська, В.Я. Кожухар, Т.Д.

Редько – Одеса: ОНПУ, 2011. − 38 с.

Укладачі: доц. кафедри ТНРЕ, к.х.н. Васютинська Катерина Анатоліївна,

проф. кафедри ТНРЕ., д.т.н. Кожухар Володимир Якович,

доц. кафедри ТНРЕ, к.х.н. Редько Тетяна Дмитрівна

Відповідальний за випуск д.т.н., проф. Кожухар В.Я.

Затверджено методичною комісією хіміко-технологічного факультету

ОНПУ

Спонсор видання

ОДЕСЬКИЙ ПРИПОРТОВИЙ ЗАВОД

	3
ЗМІСТ
1 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ......................................................................................	4
1.1 Забруднення морського середовища нафтою та нафтопродуктами.............	4
1.1.1 Екологічний стан Чорного та Азовського морів.....................................	4
1.1.2 Джерела забруднення нафтопродуктами.................................................	5
1.1.3 Вплив нафти на гідробіонти та визначення токсичних і летальних
концентрацій ........................................................................................................	7
1.2 Характеристика процесів розповсюдження нафтового забруднення в
морському середовищі ............................................................................................	9
1.3 Організація спостережень рівня забруднення морського середовища ......	10
1.3.1 Загальні принципи і стратегічні напрямки ............................................	10
1.3.2 Організація стаціонарних мережевих спостережень............................	12
2 ПРАКТИЧНА РОБОТА № 1 НА ТЕМУ «РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ЗОН
НАФТОВОГО ЗАБРУДНЕННЯ МОРЯ»................................................................	13
2.1 Розрахункові методи оцінювання зон нафтового забруднення моря.........	13
2.1.1 Визначення параметрів зон забруднення ..............................................	13

2.1.2Визначення токсичних і летальних концентрацій нафти

(нафтопродуктів) ...............................................................................................	16
2.2 Порядок проведення та приклад розрахунків...............................................	17
2.2.1 Порядок розрахунків................................................................................	17
2.2.2 Приклад розрахунку.................................................................................	18
2.3 Початкові данні ................................................................................................	19
3 ПРАКТИЧНА РОБОТА № 2 НА ТЕМУ	«ОЦІНКА ЗАБРУДНЕННЯ

МОРСЬКОГО СЕРЕДОВИЩА ВНАСЛІДОК ВИНОСУ НАФТОПРОДУКТІВ

РІЧКОВИМ СТОКОМ» ............................................................................................			20
	3.1	Теоретичне обґрунтування та послідовність розрахунків...........................	20
	3.2	Приклад розрахунку та вихідні дані за номером варіанту ..........................	23
	3.2.1 Приклад розрахунку.................................................................................		23
	3.2.2 Завдання на розрахунок ...........................................................................		25
4	КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ...............................................................................		36
5	СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ........................................................................................		36

4

1 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Мета практичних робіт − придбання практичних навиків визначення параметрів зон забруднення в результаті аварійних розливів нафти, що призводить до створення токсичних і летальних концентрацій нафти для гідро біонтів, а також оволодіння методами оцінки виносу нафтопродуктів в моря з річковим стоком.

Стислий зміст – в першій частині проводяться розрахунки досягнення токсичних концентрацій нафти і нафтопродуктів у морський воді за умовами аварійного скидання нафти у море, оцінюється екологічний збиток гідробіонтам, визначаються параметри зон забруднення морського середовища нафтою; в другій частині розраховуються середні арифметичні значення концентрації нафтопродуктів у перерізі річки СР, а потім за цими значеннями − середньорічну концентрацію нафтопродуктів в морському середовищі внаслідок виносу забруднення річковим стоком.

1.1 Забруднення морського середовища нафтою та нафтопродуктами

1.1.1 Екологічний стан Чорного та Азовського морів

Чорне й Азовське моря є складовими водного фонду України і використовуються як воднотранспортні магістралі, для риболовства, в рекреаційних та інших цілях. На їх режим, якість води, рослинний і тваринний світ істотно впливає притік прісної води річок, які впадають у моря [1].

Проте господарська діяльність у басейнах річок, розвиток промисловості, збільшення міського населення й рекреаційного навантаження на водні об’єкти, хімічне та радіаційне забруднення змінили кількісні співвідношення між елементами водного балансу морів і якістю вод річок, які впадають у них. Наслідком цих змін стало погіршення екологічної ситуації як в басейнах, так і в самих морях.

Чорне й Азовське моря є акумуляторами забруднень майже з усієї території України. Понад 80 % забруднюючих речовин, що потрапляють у Чорне море, припадають на води Дніпра, Дунаю, Південного Бугу. У 90 роки в море скидалось майже 12,5 км3 стічних вод, з яких понад 2 км3 – забруднених. З ними надходило 71 тис. т органічних забруднень, понад 3 тис. т нафтопродуктів, 6,5 тис. т солей, 10,5 тис. т фенолів та багато інших речовин. У 2000 р. загальний об’єм стічних вод, що скидалися у Чорне море, значно зменшився. Нині безпосередньо в нього скидаються забруднені стічні води Одеси, Севастополя, Ялти, Феодосії та інших міст. Тому спостерігається різке

5

збільшення бактеріального забруднення води пляжної зони – колі-індекс інколи досягає 2…20 млн. при ГДК 5 тис [2].

Забруднення морських вод і регулювання стоку річок є однією з основних причин зміни стану гідробіонтів, зменшення їх кількості і, як наслідок, − зниження промислового вилову риби. Вилови риби в Азовському морі вже в 1990 р. зменшилися порівняно з середньорічними виловами в першій половині ХХ століття у 25 разів і становили 8,5 тис. т. Втрачають промислове значення такі види риб, як севрюга, білуга, сазан, сом, бички, камбала, хамса і тюлька.

Складна екологічна ситуація спостерігається в Чорному морі. На сьогодні вона краща, ніж в Азовському, завдяки більшим розмірам. Проте,мільйони кубометрів забруднених стоків щорічно надходять до моря з водами Дунаю, Дніпра, Дністра і Південного Бугу. Шельфову зону інтенсивно забруднюють помислові, комунально-побутові стоки міст, підприємств, рекреаційних баз, розташованих безпосередньо на узбережжі.

В останні десятиліття поступово підвищується верхня межа насичення сірководнем глибинних вод Чорного моря. Через порушення гідродинамічного, гідрохімічного й теплового балансів водних мас моря в окремих регіонах вона піднялась до 80…110 м, хоча нещодавно була на глибинах 150…200 м. Особливо потерпає від забруднень північно-західна частина Чорного моря. Погіршення екологічної ситуації вплинуло на рибний промисел, спостерігається інтенсивна деградація окремих популяцій гідро біонтів.

Водний транспорт забруднює воду внаслідок скидання в неї різних відходів і особливо під сланевих вод, які дуже забруднені нафтопродуктами. Значна кількість нафти потрапляє у воду при перевезенні, аваріях танкерів, скиданні баластних вод тощо. Нафта й нафтопродукти згубно впливають на якість води та процеси газообміну, спричиняють загибель риби, водоплавних птахів та інших.

Отже, господарська діяльність як в басейнах Чорного й Азовського морів, так і в самих морях зумовила зміну кількості та якості вод, що спричинило порушення режиму, зміни водних і наземних екосистем, зниження рибопродуктивності, погіршення рекреаційних умов [3].

1.1.2 Джерела забруднення нафтопродуктами

Нафта − найбільш поширена сировина XX столітті, її здобич зросла відповідно з потребам виробництва. З 30 до середини 70 років світова здобич нафти подвоювалась кожне десятиріччя: 1938 р. − 280 млн. тонн, 1950 р. − 550 млн. тонн, 1960 р. − більш 1 млрд. тонн, 1970 р. − більш 2 млрд. тонн, 1996 р. − 2,818 млрд. тонн нафти.

6

Транспортировка нафти та нафтопродуктів від місця здобичі до міста переробки здійснюється по нафтопроводам або за допомогою нафтоналивних танкерів. Розливи нафти, пов'язанні з аваріями танкерів, характеризуються швидким поступленням десятків тисяч тонн нафти або її продуктів в водне середовище [4].

Морське судноплавство, споживаюче нафтопродукти в якості палива та мастильних матеріалів, − інше постійне джерело забруднення водного середовища. Кількість нафти та нафтопродуктів, потрапляючи таким засобом у Світовий океан, у багато разів перевищує кількість нафти «аварійних розливів».

Таблиця 1.1 Структура потрапляння нафти та нафтопродуктів в море з

різноманітних джерел

		Джерела забруднення	Доля джерела
			забруднення, %
	1. Морські перевози:		29,1
	− експлуатаційній злив з танкерів;		14,4
	− скиди стічних вод і утечі при бункеровці;		6,1
	− розливи при аваріях суднів інших типів;		0,3
	− розливи при аваріях танкерів;		7,5
	− скиди з суднів на стоянці у причалів;		0,8
	2.	Морська здобич нафти	1,9
	3.	Потрапляння з суши:	45,8
	− нафтопереробні підприємства;		0,4
	− прибережні промислові підприємства та		8,7
	комунально-побутові стоки;
	− міські дощові стоки;		5,8
	− потрапляння з річним стоком;		30,9
	4.	Натуральне просочування з морського дна	11,6
	5.	Випадіння з атмосферними опадами	11,6

Як показує практика роботи морських портів, найбільш суттєвий збиток морському середовищу спричиняють розливи нафтопродуктів, при чому частота та обсяги таких розливів при аваріях в морі значно вище, ніж в результаті експлуатаційних аварій. Аналіз статистичних даних по Одеському порту (при обсягах перевантаження близько 12 млн. т нафтопродуктів за рік) показав, що із загальної кількості розливів було 59 % малих (до 100 т), 18 % середніх (до 1000 т) та 23 % крупних (більш 1000 т).

В останні роки швидкими темпами розвивається здобич нафти та газу в шельфовій зоні. Експлуатація нафтопромислових платформ також супроводжується попаданням нафти в море. По оцінкам спеціалістів щорічно у

7

підсумку господарської діяльності людини в Світовій океан потрапляє від 3-х до 8 млн. тонн нафти.

Значна кількість нафти та нафтопродуктів поступає в моря з річними стоками.

Структура потрапляння нафти та нафтопродуктів з різноманітних джерел представлена в табл. 1.1.

1.1.3 Вплив нафти на гідробіонти та визначення токсичних і летальних

концентрацій

Сира нафта − горюча масляниста рідина із специфічним запахом. В залежності від місця здобичі її щільність змінюється від 0,65 до 1,5 г/см3. Основними компонентами нафти являються вуглеводні та їх похідні: нафтові та ароматичні вуглеводні, їх співвідношення залежить від сорту нафти.

Розглядаючи питання щодо впливу нафти та нафтопродуктів на морські організми, необхідно враховувати той факт, що нафта − природне з'єднання, яке натуральним шляхом потрапляє в море в результаті просочування через донні породи. За рік, таким чином, в Світовій океан потрапляє до 1 млн. т нафти. Тому у деяких видів жителів моря, тривалий час контактуючих з нафтою або її компонентами, у процесі еволюції сформувались визначені адаптивні реакції по відношенню до нафти [5].

Вплив нафти на морські організми умовно розділяють на механічне та токсичне.

У першому випадку нафтова плівка порушує або перешкоджає здійсненню нормальних фізіологічних актів та процесів: пересуванню, диханню, прийому їжі тощо. Оперення морських птиць покрито водо відхиляючою жировою змазкою, яка захищає тіло тварини від безпосереднього контакту з водою. При попаданні нафти на оперення, шар змазки порушується, в результаті чого птиця «намокає» в воді, що призводе до переохолодження її тіла. Потрапляючи в дихальні путі, нафта забиває їх, викликаючи тим самим гибель тварини, як, наприклад, у дельфінів.

Нафтова плівка відноситься до так званого первинного забруднення, що негативне впливає на гідрологічні і гідрохімічні процеси в морі:

зменшує теплопровідність і теплоємність поверхневого водного шару,

приводить до уповільнення процесу випаровування,

порушує обмін киснем між атмосферою та океаном.

Так, тонкий шар нафти зменшує випаровування в 1,5 разів, тож повітряні маси більш слабко насичені водним паром. Цей чинник, а також зменшення теплопровідності і теплоємності поверхневого водного шару приблизно в 2

8

разів призводять до змін кліматичних характеристик прибережних районів. Нафтові плівки також обумовлюють затухання високочастотних хвиль.

Швидкість надходження вільного кисню з атмосфери у випадку наявності нафтової плями значно скорочується [6].

Нафта, яка плаває у відкритих водах, практичне не впливає на риб, але, здійснює значний вплив на ікринки, личинки риб. За умови знаходження нафтового сліку поблизу берегової лінії, в неглибоких захищених водах, прибережних зонах, створюються вкрай несприятливі умови для морських організмів.

Токсичну дію на морські організми оказують розчинені у воді нафта та її компоненти, а саме, ароматичні вуглеводні, які достатньо розчинні у воді та легко летючі. В цьому зв’язку через визначений інтервал часу в умовах відкритого моря в залежності від маси розливу, нафтопродукти, які потрапили в море, втрачають свою токсичність. Найбільш чутливі до нафтового забруднення личинки морських організмів, зрілі істоти страждають від нафтового забруднення тільки в закритих водах.

Однак, для деяких організмів, наприклад, для мікроорганізмів виду Pseudomonas, нафта служить харчовим субстратом. У результаті попадання нафти в море трапляється перебудування мікробних спілок: кількість мікроорганізмів, які окислюють нафту, у зв'язку з присутністю субстрату, значно збільшується. З ґрунтів Чорного моря виділено 55 культур − мікроорганізмів роду Pseudomonas, Bacterhim, Pseudobacterium, Vibrio; здатних зростати на вуглеводних нафти [7].

Розчинена нафта та її продукти впливають на фітопланктон, зокрема, на розвиток діатомей та джгутикових. Характер дії нафти залежить від концентрацій та спектра, та від стадії розвитку організму в момент його контакту з токсичними речовинами. Найбільш піддаються токсичній дії нафти організми, які розвиваються (личинки морських організмів, ікра риби). Вони затримаються у розвитку, або погибають при таких концентраціях нафти, які дорослі тварини переносять без видимих наслідків.

Водорозчинні компоненти нафти, що потрапляють в тканини тварин, впливають на біохімічні та фізіологічні процеси, які протікають в метаболічних процесах. Тривале хронічне нафтове забруднення або аварійний розлив нафти, в кінцевому підсумку, може привести до зрушення екологічної рівноваги визначеного регіону [8]. В результаті наявності нафтової плівки змінюються основні показники фізичних та хімічних процесів, що протікають, порушується газообмін між водною і повітряною сферами, зменшується випарування води з поверхні моря. Під впливом УФ − випромінювання сонця, компоненти нафти утворюють вільні радикали, які легко вступають в хімічні та біохімічні реакції

9

із утворенням більш токсичних та небезпечних сполук вторинного забруднення.

1.2 Характеристика процесів розповсюдження нафтового забруднення в

морському середовищі

При попаданні нафти та нафтопродуктів в море, із врахуванням їх меншої щільності в порівнянні з водою, вони знаходяться на межі вода − повітря, розтікаючись по поверхні у вигляді плівки змінної товщини, та утворюючи нафтову пляму (нафтовий слив), розмір і товщина якого залежать від кількості розлитої нафти, її в'язкості (питомої ваги), наявності повітря, течії та інших умов. При цьому важливими, визначаючими розміри плівки, факторами є питома вага нафти (нафтопродуктів) та маса розливу.

За ознакою масштабності регіональне нафтове забруднення можна систематизувати таким чином, як представлене в табл. 1.2.

Розрахункові методи визначення параметрів для нафтового забруднення можуть бути використані натомість дорогих та тривалих натурних досліджень параметрів нафтового забруднення, основаних на пристосуванні методів оптичної локації. Використання розрахункових методів дозволяє в значній мірі підвищити оперативність компенсаційних взаєморозрахунків за заподіяний збиток в результаті нафтового забруднення.

Під зоною нафтового забруднення слід мати на увазі об'єм морських вод й площину морського дна, які забруднені нафтою та нафтопродуктами [9].

Важливими параметрами зон нафтового забруднення, на підставі яких можлива оцінка натуральних та вартісних оцінок збитків в результаті розливу нафти (нафтопродуктів) є:

•площина нафтової плями;

•глибина проникнення нафти (нафтопродуктів);

•об'єм забруднених нафтою (нафтопродуктами) морських вод;

•концентрація нафти (нафтопродуктів) в морській воді.

Утворення нафтової плями − це процес розтікання нафти (нафтопродуктів) по поверхні моря до критичної величини (фактор, який лімітує розтікання, − в'язкість). Процес протікає за відносно короткий проміжок часу, обчислюється в хвилинах, часах, в залежності від кількості розлитої нафти (нафтопродуктів).

Процес розтікання нафти (нафтопродуктів) залежить від таких факторів:

•час розливу;

•кількість нафти (нафтопродуктів), що потрапили в морську воду;

•вид нафтопродуктів, їх щільність та об’єм.

		10
		Таблиця 1.2
Систематизація нафтового забруднення за масштабом
	Систематичні ознаки
Кількість розлитої	Ступінь поширення	Характер нафтової
нафти		плівки
Невелике	Локальне, охоплює частини	Суцільна плівка,
забруднення	прибережної території або
		товщиною більш І мм;
0,1÷10 т	відкритого моря (~10 км);
Середнє –	Субрегіональне, охоплює значну	Обмежена плівка,
	частину акваторії морського
10÷500т		товщиною менш 1 мм;
	регіону (~100 км);
	Регіональне, охоплює море
	цілком або частину океану
Велике – більш	(~1000 км);	Нафтова плівка різної
500 т	Глобальне, охоплює весь	товщини та діаметру
	Світовий океан або його крупні
	підрозділи

1.3 Організація спостережень рівня забруднення морського середовища

1.3.1 Загальні принципи і стратегічні напрямки

Екологічний моніторинг океану є системою аналізу, оцінювання та прогнозування стану морських систем. Моніторинг вод Світового океану охоплює як біотичну, так і абіотичну складові, що дає змогу визначити єдність і взаємозв’язки процесів, які в ньому відбуваються.

Для організації спостережень за якістю морської води використовують пункти трьох категорій. Категорію пункту спостереження вибирають з урахуванням розміщення та потужності джерел забруднення, а також складу, концентрації забруднюючих речовин, регіональних і фізико-географічних умов. Спостереження за якістю води в пунктах І категорії проводять в місцях скиду забруднюючих речовин, у пунктах ІІ категорії ‒ в забруднених районах морів та океанів, у пунктах ІІІ категорії ‒ у відносно чистих водах (фонові спостереження). Програми спостережень за якістю морських вод поділяють на два типи: програми спостереження за фізико-хімічними показниками, які охоплюють визначення основних фізичних характеристик і концентрацій забруднюючих речовин, та програми спостережень за гідробіологічними показниками.

В останні десятиріччя забруднення морського середовища нафтовими вуглеводнями набуло глобального характеру. Найбільші концентрації забруднюючих речовин відмічаються в прибережних зонах, де в основному здійснюється їх скидання та приток з берега. Інструментальні методи