Аварийный разлив нефти: немецкие технологии очистки

"Проклятые датчане!" – так озаглавила свою передовую статью в среду (4.06.2003) выходящая в Мальмё газета "Sydsvenskan". Шведы возмущены тем, что из-за бюрократизма датских властей не были вовремя приняты меры, которые могли бы предотвратить загрязнение шведского побережья Балтийского моря нефтью, несколькими днями раньше вылившейся из китайского грузового судна "Fu Shan Hai" после его столкновения с польским контейнеровозом "Gdynia".

Впрочем, можно считать, что шведы отделались лёгким испугом: 90 процентов вылившейся нефти удалось собрать сразу же на месте аварии, так что берега достигло не более сотни тонн. Конечно, и это "не подарок", но всё же сущая безделица по сравнению с той экологической катастрофой, которую вызвала, скажем, авария танкера "Prestige" у берегов Испании в ноябре прошлого года.

Между тем, очередная катастрофа такого же, а то и большего масштаба не только возможна, но даже вероятна, поскольку интенсивность морских грузоперевозок и водоизмещение судов всё возрастают, а техническое состояние танкеров и требования к их безопасности не отвечают сегодняшним условиям эксплуатации. Тем большее значение обретает совершенствование уже имеющихся и разработка новых технологий борьбы с последствиями аварийных разливов нефти в море.

Что происходит с нефтью, попавшей в морскую воду?

Прежде всего, она расплывается, – говорит Манфред Эрхардт (Manfred Ehrhardt), сотрудник Института морских исследований в Киле:

"Причём лёгкая сырая нефть или дизельное топливо расплываются очень быстро, образую на воде довольно тонкую плёнку. Если же речь идёт о более тяжёлых сортах нефти, то толщина слоя может составлять и несколько сантиметров. Некоторые компоненты нефти довольно быстро растворяются в воде, другие – испаряются".

Уже 100-150 литров нефти могут покрыть сплошной плёнкой свыше одного квадратного километра морской поверхности. Испарение летучих компонентов нефти наиболее интенсивно происходит в первые же часы после разлива, затем оно замедляется. А растворяются в воде, главным образом, ароматические соединения типа бензола или толуола. Под воздействием солнечного света начинается фотохимическое разложение нефти.

Окисляясь, нефть образует жирные кислоты и спирты, легче поддающиеся биологическому разложению, чем исходные углеводороды. Однако такое разложение морскими микроорганизмами происходит лишь там, где вода содержит достаточное количество питательных веществ – фосфора и азота.

Если в нефти преобладают лёгкие фракции, если вода тёплая и содержит много питательных веществ, если солнце светит ярко, а на море – штиль, то разложение нефти идёт довольно быстро. Однако тяжёлая нефть, богатая мазутными фракциями – вроде той, что вытекла из танкера "Prestige", – плохо поддаётся разложению.

"Шоколадный мусс"

В зависимости от состояния моря, от степени волнения на море может образоваться эмульсия типа "нефть в воде" или типа "вода в нефти". Этот второй тип эмульсии специалисты называют "шоколадным муссом". "Шоколадный мусс" постепенно превращается в сплошную вязкую массу, покрывающую поверхность воды и совсем не поддающуюся разложению. Затем эти поверхностные слои разрываются, разламываются, так что образуются некие фрагменты дёгтеподобной консистенции.

Такие плавающие комья смолы могут годами переноситься и выбрасываться морем на берег. Однако ввиду малой токсичности они большой опасности для окружающей среды уже не представляют.

"Скимминг" – основной метод борьбы с нефтяными пятнами

Но как же бороться с последствиями аварийных разливов нефти в море? Ранее широко практиковалось распыление над нефтяным пятном диспергаторов – поверхностно-активных веществ, способствующих образованию тонкой взвеси нефти в воде, – однако оказалось, что экологический ущерб от применения этих высокотоксичных химических соединений больше, чем тот, которого пытались избежать. Правда, сегодня существуют и гораздо менее ядовитые диспергаторы, однако законодательство большинства развитых стран ограничивает применение таких субстанций. А потому основным методом борьбы с нефтяными пятнами является их механическое удаление с поверхности воды. При этом используется технология, именуемая "скимминг", что в переводе с английского означает "снятие пенок". Спецсуда, оснащённые раздвижными консолями на поплавках, как бы сгребают нефть с поверхности воды. Йорг Бернер (Jörg Berner), старший офицер одного из таких судов – немецкого "Neuwerk", – рассказывает:

"Нефть собирается таким совком наподобие того, как утка, растопырив крылья и распустив их по воде, гонит перед собой и собирает в кучу своих утят".

Нефть поступает в сточные колодцы, где расположены так называемые винтовые насосы. По мнению Йорга Бернера, только такие насосы и в состоянии справиться с тяжёлой нефтью:

"Эти насосы напоминают огромную мясорубку: вращающиеся шнеки – непрерывные винтовые лопасти – затягивают густую вязкую нефтяную массу с поверхности воды внутрь судна и по трубопроводу направляют в специальные баки. Эти баки оборудованы нагревательным устройством, которое позволяет доводить их температуру до 90 градусов Цельсия. В результате нагрева нефть становится более текучей, и её легче перекачивать в нефтесборники на берегу".

Новое техническое решение

Однако эта технология эффективна лишь при малом волнении на море. Если же высота волн превышает 2 метра, суда-скиммеры бесполезны. А потому инженеры Института наземного и морского транспорта при Техническом университете Берлина предложили для судов по сбору разлитой нефти новое техническое решение. Профессор Гюнтер Клаусс (Günther Clauss) поясняет:

"Старая система, основанная на применении раздвижных поплавковых устройств, просто подчиняется волнению на море. Иными словами, такое судно старается с помощью своих раздвижных плавучих консолей как можно более точно повторять форму волн и при этом как бы соскребать нефтяное пятно с подвижной поверхности воды. Новая система придавливает волны, сглаживает их и загоняет воду под днище судна. Конечно, этот процесс имеет место при движении любого судна, но в данном случае под днищем судна имеется особое устройство, по принципу действия напоминающее рубанок. Оно-то и обеспечивает весьма эффективное отделение нефти от воды уже в этом пограничном слое. То есть такая система захватывает лишь высококонцентрированную нефтяную эмульсию без лишней воды, что очень важно для дальнейшей утилизации и переработки собранной нефти".

Но как загнать воду под днище так, чтобы она не ушла вбок? Очень просто: взяв её в "клещи". Идеальная форма для судна такого назначения – катамаран. Если два судовых корпуса жёстко соединить перемычкой, причём не параллельной поверхности воды, а косо спускающейся к корме и уходящей там глубоко под воду, то при движении такого катамарана потоки воды будут с силой загоняться под перемычку, туда, где и расположен тот самый "рубанок". Он представляет собой своего рода лезвие, срезающее с поверхности воды слой нефти, и щель, через которую эта нефть попадает в баки-нефтесборники. Преимущество такого решения состоит в том, что под катамараном толщина нефтяного слоя остаётся постоянной, то есть не зависит ни от волнения на поверхности моря, ни от качки катамарана. Профессор Клаусс говорит:

"Эту систему предполагается устанавливать на ныне действующих спецсудах по борьбе с нефтяным загрязнением водоёмов, поскольку такие суда должны удовлетворять определённым жёстким критериям в том, что касается пожаро- и взрывобезопасности. Ну, например, для защиты команды на таких судах устанавливаются системы вентиляции, которые обеспечивают на ходовом мостике избыточное давление. Всё это уже имеется на нынешних спецсудах, а вот система сбора нефти подлежит замене: прежние скиммеры, разработанные 10 лет назад, безнадёжно устарели".

Пока новая конструкция реализована лишь в одном единственном прототипе, но его испытания прошли чрезвычайно успешно. А значит, можно надеяться, что уже вскоре будет начато промышленное производство этой техники.