Обеспечение экологической безопасности балластных вод на судах смешанного «река-море» плавания

В настоящее время одной из важных проблем в области обеспечения экологической безопасности судов является проблема предотвращения вселения чужеродных видов в закрытые для их естественного обитания водоемы. В значительной степени эта проблема обусловлена развитием судоходства и 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 настоящее время в результате антропогенной деятельности по нашей планете ежедневно перемещаются десятки тысяч видов животных и растительных организмов. При этом, развитие их в данном 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) [43, 55].

В ряде случаев ущерб окружающей среде от внесенных чужеродных видов значительно превышает отрицательные последствия всех других антропогенных факторов.

В отличие от большинства загрязняющих веществ антропогенного происхождения, которые в природных экосистемах в ходе процессов самоочищения обычно разрушаются и поддаются эффективному контролю со стороны человека, успешно вселившиеся чуждые организмы могут размножаться и распространяться в окружающей среде часто с непредсказуемыми и необратимыми последствиями.

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.

Проблема биологических инвазий весьма актуальна для прибрежных и внутренних вод России [4, 6, 21, 51, 59, 113]. Во внутренних водоемах Европейской части России в настоящее время происходят нежелательные изменения в водных сообществах.

Проведенный обзор проблемы биологического загрязнения, международного и Российского законодательства и сотрудничества в данной области показывает, что обусловленное антропогенной деятельностью биологическое загрязнение является экологической проблемой глобального характера и представляет собой серьезную угрозу экологической безопасности России.

В значительной степени эта проблема обусловлена переносом различных видов организмов из одного бассейна в другой с балластными водами судов. 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) [53].

Рекомендуемый этой Конвенцией основной способ предотвращения биологического загрязнения, путем замены балласта на глубине, по меньшей мере, 200 метров и на удалении от берега не менее 200 морских миль 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 [73].

В связи с этим, в России и за рубежом активно ведутся исследования в направлении поиска новых способов обезвреживания балластных вод на судах. Известны работы И. А. Сагайдака (Украина) [80], фирмы Mitsui OSK Lines — MOL (Япония) [110], система обновления судовой балластной воды (Россия) [66], система обработки балласта компаний Kure National Coll. Tech-nol. и Babcock-Hitachi K.K. (Япония) [129], система SEDNA фирмы HAMANN AG (Германия) [92], системы фирм Ecochlor, Inc. и Matson Navigation Company, Inc. (США) [29], система и метод для обработки водяного балласта (США) [130] и др.

При рассмотрении всех возможных способов обращения с судовыми балластными водами наиболее реальными и перспективными являются способы обезвреживания балласта на борту судна.

Однако, в этих работах отсутствуют исследования посвященные обеспечению экологической безопасности балластных вод, учитывающих 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.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. 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;

2. разработана принципиальная схема судовой системы обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного плавания;

3. создана математическая модель работы судовой системы обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного плавания;

4. выполнены исследования распада хлора в балластной воде в зависимости от его концентрации в ней после принятия балласта, длительности рейса судна и температуры балластной водыполучено выражение для расчета дозы хлора, обеспечивающей экологически безопасное состояние балластной воды;

5. получен патент на полезную модель № 85 143 «Система обновления судовой балластной воды».

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. создана методика определения основных характеристик судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного плавания;

2. результаты исследований использованы при выполнении ВГАВТ-ом научно-исследовательских работ: «Разработка дополнений к Правилам экологической безопасности судов» (письмо ГУ РРР № 15−211 107 от 02.05.2006 г.) — «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 г.);

3. результаты исследований используются в учебном процессе по дисциплине «Промышленная экология» специальности «Инженерная защита окружающей среды».

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.

Все теоретические и экспериментальные исследования, результаты которых приведены в диссертационной работе, выполнены автором самостоятельно или при его непосредственном участии.

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).

По теме диссертации опубликовано девять работ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (130 наименований) и приложения. Работа содержит 104 страницы машинописного текста, включающих 2 с. содержания, 13 с. списка литературы, 13 рисунков и 17 таблиц.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

В диссертационной работе были получены следующие основные результаты исследований:

1. Исследовано количество, видовое разнообразие и пути распространения организмов, ввозимых с балластными водами судов смешанного «река-море» плавания во внутренние водоемы и водотоки.

2. Проанализированы международные и национальные требования к качеству балластных вод и практика обращения с ними.

3. Выполнены исследования особенностей эксплуатации судов смешанного плавания в балластных рейсах.

4. Исследованы особенности состава загрязнений балластной воды на судах смешанного плавания.

5. Описаны способы и средства обезвреживания балластной воды судов смешанного плавания.

6. Определен способ управления качеством балластной воды на судах смешанного «река-море» плавания.

7. Проведены экспериментальные исследования влияния качества забортной морской воды и состояния балластных цистерн на процесс хлорирования.

8. Выполнено математическое описание процесса обезвреживания хлором балластной воды на судах.

9. Разработана принципиальная схема и математическая модель работы судовой системы обезвреживания балластной воды с помощью хлора.

10.Разработана методика определения основных характеристик судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного «река-море» плавания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации рассмотрена актуальная проблема обеспечения экологической безопасности балластной воды на судах смешанного плавания.

Разработана технологическая схема обезвреживания балластной воды на судне.

Создана методика определения основных характеристик судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластной воды на судах смешанного «река-море» 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 02.05.2006 г.) — «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).

Получен патент на полезную модель № 85 143 «Система обновления судовой балластной воды» от 27.07.09.