Ликвидация аварийных разливов нефти в море: технологии, методы и инновации

Аварийные разливы нефти на морских акваториях – один из самых серьезных вызовов для экологической безопасности. Нефтяная пленка за считанные часы покрывает огромные площади, нарушая кислородный обмен и уничтожая морскую флору и фауну. Комплекс мероприятий по ликвидации аварийных разливов нефти (ЛАРН) включает несколько принципиально разных подходов. Выбор стратегии ситуативен и зависит от погоды, свойств нефти, глубины и удаленности от берега. Рассмотрим проверенные и передовые методы.

Механический метод: первая линия обороны

Распространенный и экстренный способ борьбы с разливом – механический сбор нефти. Его суть заключается в физическом удалении углеводородов с поверхности воды до того, как они распространятся на большую площадь или осядут на дно. Операция состоит из двух этапов: локализация и непосредственно сбор.

Боновые заграждения

Прежде чем собирать нефть, ее нужно остановить. Для этого служат боновые заграждения – плавучие барьеры, выполняющие роль забора на воде. Они изготавливаются из специальной ткани, устойчивой к агрессивному воздействию углеводородов.

Есть несколько типов бонов, адаптированных под разные условия:

• Постоянной плавучести: простые и надежные модели для спокойной воды;
• Надувные: компактны в хранении и быстро разворачиваются, идеальны для открытого моря;
• Приливные и всплывающие: применяются в прибрежных зонах, где уровень воды постоянно меняется.

Задача бонов – остановить пятно, но также сконцентрировать (уплотнить) слой нефти, чтобы повысить эффективность работы нефтесборщиков.

Скиммеры (нефтесборщики)

После локализации в дело вступают скиммеры – насосно-сборные устройства.

Выбор конкретного типа скиммера зависит от волнения моря и толщины нефтяной пленки:

• Олеофильные (налипающие). Агрегаты оснащены вращающимися дисками, лентами или щетками из материала, к которому нефть прилипает, а вода – нет. Специальный скребок счищает налипшие углеводороды в накопитель.
• Пороговые (водосливные). В корпусе устройства есть регулируемый порог. Оператор опускает его чуть ниже уровня нефтяного слоя, и верхний загрязненный слой самотеком переливается в емкость, где позже происходит отделение нефти от попавшей воды.
• Циклонного типа. Используют физику вихря. Внутри агрегата создается искусственный водоворот. За счет центробежной силы вода отбрасывается к стенкам, а более легкая нефть концентрируется в центре воронки, откуда и выкачивается.
• Вакуумные. Напоминают мощный пылесос. Всасывают поверхностную пленку вместе с водой. Смесь отстаивается в специальных танках: нефть отправляется в хранилище, а очищенная вода сбрасывается обратно в море.

Механический метод максимально эффективен в первые часы после аварии, пока пятно не растянулось в тонкую, почти невидимую пленку (радужную). Собрать такое тонкое загрязнение скиммерами уже невозможно.

Физико-химический метод: оружие против тонких пленок

Когда шторм или сильное течение мешают работе бонов или пятно стало слишком тонким, на помощь приходит химия. Этот метод предполагает использование реагентов для изменения физического состояния нефти. Сюда входят сорбенты и диспергенты.

Сорбенты – это пористые материалы, действующие как губка. Например, природные (торф, мох, опилки, солома) и синтетические (полипропилен, поролон, каучуковая крошка). Их распыляют по пятну, а после того как гранулы или маты впитают нефть, собирают механически.

Диспергенты – это химические вещества, которые распыляют с самолетов или судов. Они не собирают нефть, а «режут» монолитную пленку на мельчайшие капли (эмульсия типа «масло в воде» диаметром менее 50 микрон). В таком виде капли больше не растекаются и становятся доступными для естественного биоразложения. Однако у метода есть серьезный минус: сами диспергенты токсичны. Их применение – крайняя мера, требующая разрешения властей, так как смесь химии и нефти может нанести вред морской фауне (рыбам, планктону, моллюскам).

Термический метод: контролируемое выжигание

Если разлив произошел на открытой воде и представляет колоссальную угрозу, а собрать или обработать пятно физически невозможно, его сжигают. Термический метод – ликвидация загрязнения прямо на месте путем контролируемого горения.

Это высокорискованная операция, которая проводится при соблюдении условий:

• Толщина пленки должна быть не менее 3 мм (чтобы горение было устойчивым);
• Скорость ветра – до 35 км/ч;
• Безопасное расстояние до обитаемых объектов по ветру – не менее 10 км.

Пятно обязательно окружают огнеупорными бонами, чтобы пламя не распространилось. Плюсы: молниеносная скорость нейтрализации и открытие доступа кислорода к воде. Минусы: огромный выброс в атмосферу стойких канцерогенов (сажи, полиароматических углеводородов) и опасность повторного неконтролируемого возгорания.

Биологический метод: финишная уборка

После того как основные массы нефти удалены механически или химически, остается остаточное загрязнение. Самая тонкая работа ложится на природу, усиленную человеком. Биологический метод считается наиболее экологически безопасным и применяется на заключительном этапе.

Суть метода – внесение в воду суспензии микроорганизмов (бактерий-деструкторов или грибков), для которых углеводороды выступают пищей. Микробы разлагают сложные молекулы нефти на безвредные компоненты: воду, углекислый газ и биомассу.

Для успешной работы бактерий требуются особые условия:

• Остаточная толщина загрязнения – не менее 0,1 мм;
• Температура воды – в идеале от +15 до +25 °C;
• Хорошая насыщенность воды кислородом.

В холодных арктических морях этот процесс замедляется настолько, что нефть может лежать в донных отложениях десятилетиями.

Инновационные технологии

Наука не стоит на месте, предлагая все более эффективные и щадящие способы очистки. Среди разработок:

• Норвежский агрегат, действующий по принципу «пылесоса» для нефтяных пятен. Самостоятельно подает сорбент в загрязненную воду, перемешивает его для максимального контакта с углеводородами, а после полного насыщения извлекает и всасывает отработанный материал.
• Крупноформатные мембраны на основе нановолокон (США). Обладают селективной абсорбцией: материал поглощает исключительно нефть, игнорируя воду. Собранные углеводороды впоследствии извлекаются из мембраны путем нагрева – нефть высвобождается, а фильтр готов к повторному использованию.
• Судно-фильтр (Германия). Корабль с огромным фильтрационным резервуаром на борту. За час такая машина способна очистить около 40 квадратных метров поверхности, снимая пленку толщиной до 2 мм.
• Биофильтры на основе водорослей (Россия). Использование плантаций фукусовых водорослей, которые выступают не просто субстратом для бактерий, а активным компонентом системы, способным утилизировать тонны нефтепродуктов в воде.

Универсальной «таблетки» от нефтяных пятен не существует. Грамотная ликвидация аварий – это всегда многоступенчатая комбинация методов: быстрая механика на старте, точечная химия или выжигание в кульминационный момент и кропотливая работа биопрепаратов на финише. Комплексный подход минимизирует урон, нанесенный природе техногенными катастрофами.