Способ биологической очистки морской среды

 

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано при очистке морской среды от нефтеорганического и минерального загрязнения. В места загрязнения воды помещают морские макрофиты и морские беспозвоночные, причем размещают их вокруг источника загрязнения на установках для культивирования морских гидробионтов в поверхностном и/или придонном слое воды, и/или по всей толще, в шахматном порядке, в 6 и более рядов, при этом на внутренних рядах размещают медленнорастущие и взрослые особи быстрорастущих макрофитов и морских беспозвоночных, а на средних и внешних рядах - молодые особи морских гидробионтов. Изобретение позволит повысить надежность и эффективность биологической очистки морской среды.

Изобретение относится к области экологии, а именно к способам защиты морской среды от нефтяного и иного органического и минерального загрязнения, и может быть использовано на нефтебуровых установках в море, на береговых нефтебазах и портах, нефтепроводах и в местах сброса промышленных и бытовых стоков.

Борьба с загрязнением Мирового океана превратилась в одну из важнейших проблем, стоящим перед человечеством. Особое опасение в настоящее время вызывает все возрастающее загрязнение морей и океанов углеводородами, и в первую очередь нефтью и нефтепродуктами.

Разработка нефтяных месторождений в море, функционирование нефтеперерабатывающих предприятий, нефтехранилищ, транспортных средств и иных производств, расположенных в открытом море и в прибрежных участках моря сопровождается фоновым загрязнением, нефтяными выбросами и иными органическими и минеральными загрязнителями, а также случаями аварийного сброса нефти и нефтепродуктов в морскую среду, что приводит к экологическим катастрофам. Основными мероприятиями в данной ситуации является сбор, извлечение из морской среды загрязнителя с дальнейшей его утилизацией.

На все методы борьбы, в том числе и широко применяемые в настоящее время удовлетворяют требованиям охраны природы. Так, широкое применение детергентов при ликвидации аварийных разливов нефти часто наносит дополнительный, а порой и больший вред морской флоре и фауне. Поэтому для охраны биологических ресурсов моря в условиях антропогенного прессинга нужны новые безопасные методы очистки морской среды.

Существует способ биологической очистки нефти и нефтепродуктов (Миронов О. Г., К вопросу о самоочищении морской воды от нефтепродуктов. - Гидрологический журнал, 1969, 4, с. 89-93), включающий применение нефтеокисляющих бактерий (Рsеudоmоnаs).

Недостатком данного способа является то, что процесс очищения морской среды протекает слабо, нефтепродукты долго остаются в воде и очень быстро распространяются по акватории.

Известен способ очистки морской среды от нефти, нефтепродуктов и других загрязнителей фильтрующими гидробионтами, а именно черноморской мидией (Миронов О. Г. , Биологические ресурсы моря и нефтяное загрязнение. - М., 1972, с 79-81). Мидии помещают в места разлива нефти. Фильтруя морскую воду, мидии освобождают ее от эмульгированной нефти.

Недостатком данного способа является его низкая эффективность, т.к. морские беспозвоночные разбросаны хаотично. Нефтепродукты не локализованы и поэтому очень быстро распространяются по акватории, кроме этого мидии улавливают лишь некоторые фракции нефти и тем самым затрудняется очистка морской среды.

Задачей данного изобретения является повышение надежности и эффективности биологической очистки морской среды за счет локализации выбросов нефти, нефтепродуктов и других загрязнителей, в частности, промышленных и бытовых стоков и создание устойчивой к загрязнителям биосистемы.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе биологической очистки морской среды, включающей размещение морских беспозвоночных в места загрязнения нефтью, нефтепродуктами, органическими и минеральными веществами дополнительно помещают морские макрофиты (ламинариевые, алярия, костария, цистозира, фукус, саргассум), причем их размещают вокруг источника загрязнения на установках для культивирования морских гидробионтов в поверхностном слое, и/или придонном, и/или по всей толще воды в шахматном порядке, в 6 и более рядов, при этом на внутренних рядах размещают медленнорастущие и взрослые особи быстрорастущих макрофитов и беспозвоночных, а на средних и внешних рядах молодые особи гидробионтов.

За основу технологического решения взята способность многих видов морских растений и животных утилизировать органическое (включая нефтяное) и минеральное загрязнение морской среды, как в местах сброса промышленных и бытовых отходов, так и на участках загрязненных нефтяными выбросами, а в случае аварийного сброса способных удержать на своей поверхности большие объемы загрязнителя до полной его утилизации, при этом установки для культивирования морских гидробионтов, устанавливаемые предложенным способом, позволяют практически полностью локализовать загрязнители как по всей толще воды, так и по всей акватории.

Структурно данная система представляет собой полосу зарослей морских гидробионтов (соответствующих видов растений - ламинариевые, алария, костария, цистозира, фукус, саргассум и животных - фильтрирующие моллюски, морские беспозвоночные в зависимости от величины загрязнения акватории) шириной от 10 до 200 м, охватывающей или преграждающей участок распространения загрязнителя акватории моря.

Особи морских гидробионтов (ламинариевые, алярия, костария цистозира, фукус, саргассум, фильтрирующие моллюски и морские беспозвоночные) оптимально для режима обитания и характера загрязнения размещают на субстрате подвешенного в воде поплавками или укрепленными на дне якорями, и организуются по технологической схеме марикультуры. Это позволяет создавать различную конфигурацию зарослей, обеспечивая оптимальные условия улавливания, и высокую устойчивость к загрязнителям созданных таким образом морских микробиосистем.

Размещение установок для культивирования гидробионтов в шахматном порядке позволяет полностью перекрыть распространения загрязнителей по акватории.

Применение от 6 и более рядов установок необходимо для полной очистки морской среды от загрязнителей, причем количество рядов устанавливается в зависимости от величины загрязнения, но не менее шести.

Та часть заградительной полосы, которая обращена к источнику загрязнения, организована медленнорастущими макрофитами (фукус, саргассум, цистозира) и/или взрослыми быстрорастущими макрофигами (ламинария, алярия, костария) и взрослыми особями морских беспозвоночных (фильтирующие молюски, морские безпозвоночные), как наиболее устойчивыми к загрязнению, по сравнению с молодыми гидробионтами. Соответственно, заросли молодняка расположены либо на внешней стороне заградительной полосы, либо в середине зарослей. Такое расположение гидробионтов (ламинариевые, алария, костария, цистозира, фукус, саргассум, фильтрирующие моллюски, морские беспозвоночные) обеспечивает, во-первых, их оптимальное развитие, и, во-вторых, максимальную очистку морской среды. Кроме того, низкое содержание загрязнителя в воде, особенно некоторые виды углеводородов, которые являются источниками питания гидробионтов, ускоряют развитие молодых гидробионтов, а также адаптирует их к загрязнителям при последующем перемещении их на внутренние ряды. В качестве медленнорастущих макрофитов используют, в частности, фукусовые, а в качестве быстрорастущих макрофитов - бурые водоросли, а именно ламинариевые, в качестве фильтрующих моллюсков - мидии, и/или устрицы, и/или другие прикрепляющиеся формы моллюсков, а также и другие виды беспозвоночных, в частности морские ежи, кукумария, трепанг и другие.

Благодаря конструктивным особенностям установок, их гибкости, а также размещение части макрофитов в поверхностном слое воды от 0-1 м (ламинарию выращивают на поводцах без грузил) позволяет локализовать, и удерживать загрязнители при любых волнениях моря. Культивирование части ламинарии в неприкрепленном виде создает дополнительную поверхность, которая мешает распространению загрязнителей, особенно нефти и нефтепродуктов. Культивирование беспозвоночных, типа морских ежей, позволят предотвратить обрастание макрофитов личинками беспозвоночных.

Заросли взрослых гидробионтов (ламинариевые, алария, костария, цистозира, фукус, саргассум, фильтрирующие моллюски, морские беспозвоночные) образуют активную поверхность, обеспечивающую практически полное поглощение фонового загрязнения. Например, 1 га зарослей ламинарии образует активную поверхность площадью до 40 га.

В случае аварийного сброса, плавающие плантации гидробионтов обеспечивают: во-первых, локализацию нефтяного пятна до его полной утилизации, либо механическим, либо биологическим способом, при этом локализация происходит практически при любых погодных условиях, и, во-вторых, способны удерживать на своей поверхности большие объемы нефти и нефтепродуктов (например, 1 га зарослей ламинарии способна удержать до 100 тонн нефти).

Благодаря тому, что водоросли и беспозвоночные располагаются на канатном субстрате или в садках, их можно погружать на различную глубину, устанавливая необходимую пространственную конфигурацию вокруг источника загрязнения, а также легко извлекать из воды для последующей утилизации.

При буровых работах, когда необходимо локализовать иловые взвеси и органические выбросы, гидробионты размещают от донной поверхности до поверхности водной глади вокруг места бурения.

Вдоль нефтяных или иных трубопроводов, проложенных по дну акватории моря, размещают два контура зарослей гидробионтов: один по дну вдоль трубы, что обеспечивает определенное направление органических выбросов, и второго контура, расположенного на поверхности воды, который локализует выброс загрязнения.

В местах выхода в море канализационных труб образуют контуры водорослевых зарослей с фильтрующими моллюсками, обеспечивающих практически полное поглощение органических и минеральных веществ, именно очистки промышленных и бытовых вод от тяжелых металлов и радионуклидов.

Полученное из заградительных зарослей биологическое сырье ежегодно изымается из заградительных участков для дальнейшей их утилизации - переработки на специальных предприятиях с получением ценных продуктов переработки.

Предлагаемый способ предложен в качестве проекта для биологической очистки морской среды от нефти и нефтепродуктов при добычи нефти на Сахалинском шельфе. Защиты морской среды от загрязнения рассчитана на основе имеющихся примеров, заградительная полоса, которая имеет кольцеобразную форму с внутренним диаметром 3 км, шириной 240 м и площадью 244 га, и охватывает видную поверхность моря в площадью в 706,5 га. Заградительная полоса позволяет полностью поглощать фоновое загрязнение, а при аварийных сбросах способна удержать на себе 6,6 тыс. тонн сырой нефти. Таким образом предлагаемый способ позволяет: - локализовать загрязнители морской среды; - увеличивает эффективность удержания нефтяного пятна в месте его разлива практически при любых погодных условиях на море; - обеспечивает практически полное поглощение фонового загрязнения; - позволяет легко извлекать загрязнение из морской среды без особых затрат; - уменьшает расходы эксплуатационных затрат за счет переработки морской биомассы и получения ценного продукта для различных отраслей промышленности.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Биологическая очистка морской среды проводилась на акватории Японского моря в Амурском заливе в 1998 г. Из нефтехранилища, которое расположено на берегу, регулярно производится разлив нефтепродукта (мазут) с толщиной нефтяной пленки от 0,1 мм и меньше, с рассеиванием в верхнем слое воды толщиной 1 м. За основу конструкции гидробиотехнического сооружения взята конструкция сооружений марикультуры морских гидробионтов.

Гидробиотехническое сооружение состоит из отдельных ячеек, на которых размещаются морские гидробионты (морские водоросли, моллюски, морские ежи и т.д.).

Каждая ячейка (звено) представляет собой П-образно натянутый канат, где на горизонтальной ее части подвешиваются поводцы-субстраты, на которых рассаживаются гидробионты. Длина горизонтальной части натянутого каната для выращивания водорослей равны 40-50 м с поводцами длиной 2-4 м, а для моллюсков и морских ежей - 25-30 м с коллекторами длиной 4-5 м.

Ячейки размещаются цепочкой, образуя ряд концентрических кругов вокруг источника загрязнения. Причем они размещаются таким образом, что ячейки следующего контура в шахматном порядке перекрывают проемы предыдущего звена. В совокупности ряд концентрических кругов образуют заградительную полосу из морских гидробионтов, охватывающего прибрежный участок моря в поверхностном слое воды, т.к. нефть и нефтепродукты распространяются лишь по поверхности.

На первом контуре ячеек заградительной полосы, непосредственно контактирующей с загрязненной поверхностью морской среды, размещаются водоросли ламинарии японской 2-го года вегетации, причем 50% поводцов с двухгодичной ламинарией не закреплены грузилами и находятся в верхнем слое воды (0-1 м).

На втором контуре от источника загрязнения размещаются водоросли ламинарии японской 2-го года вегетации.

На третьем контуре ячеек заградительной полосы размещаются фильтрующие моллюски (мидия обыкновенная) 2-го года вегетации.

На четвертом контуре от источника загрязнения размещаются фильтрующие моллюски (мидия обыкновенная) 1-го года вегетации и морские ежи.

На пятом и шестом контурах ячеек заградительной полосы размещаются водоросли ламинарии японской 1-го года вегетации.

Общая площадь заградительной полосы составляет 3,07 га, которая охватывает прибрежный участок моря площадью 3,14 га, ширина полосы равна 40 м. Морские водоросли заградительной полосы создают активно поглощающую поверхность площадью 352,8 тыс. кв.м. Основная масса водорослей находилась у поверхности воды толщиной 3 м.

Наблюдения проводилось в течение летнего вегетативного периода.

Наблюдение за состоянием нефтяного пятна показали, что пятно распространялось только в пределах участка водной поверхности, ограниченного заградительной полосой из морских гидробионтов. Заградительная полоса обеспечивала полную локализацию нефтеорганического пятна. Лишь в условиях большого волнения моря, пятно небольшими обрывками выходило за пределы заградительной полосы, что составляло не более 12% от общей площади загрязненного участка моря. Причем в этих условиях рассеянная часть загрязнителя в толще воды оставалась в пределах огражденного участка.

Функциональное состояние гидробионтов заградительной полосы было удовлетворительно. Наблюдалось незначительное угнетение роста морских водорослей на прилегающей к загрязнению участке заградительной полосы. Следует отметить более усиливающийся рост водорослей 1-го года на внешней стороне заградительной полосы.

Беспозвоночные не снижали свой прирост, и естественный отпад особей в результате воздействия неконтролируемых факторов находился в пределах нормы.

Пример 2.

Пример 2 аналогичен примеру 1. Биологическая очистка морской среды проводилась в 1997 г. на акватории Амурского залива в районе места сброса промышленных и бытовых вод г. Владивостока. Источником загрязнения морской среды являлись промышленные и бытовые отходы города, выведенные канализационными трубами в акваторию моря Амурского залива на расстоянии 700 м от побережья и на глубине 12,8 м. Объем сбросов в море составлял 1,3 тыс. куб. м. в сутки.

Ячейки размещаются цепочкой, образуя ряд концентрических кругов вокруг источника загрязнения. Причем они размещаются таким образом, что ячейки следующего контура в шахматном порядке перекрывают проемы предыдущего звена. Кроме того, контуры размещаются ступеньками от дна моря до поверхности, образуя таким образом замкнутое пространство моря в виде бассейна с ограничивающими пространство зарослями из морских гидробионтов. Размещение таким образом установки вызвано тем, что промышленные и бытовые стоки имеют очень широкий спектр органических и минеральных веществ, которые загрязняют морскую среду по всей толще.

На первом контуре ячеек заградительной полосы, непосредственно контактирующей с загрязненной поверхностью морской среды, размещаются водоросли саргассума бледного 2-го года вегетации, причем они размещены в придонном слое (0-4 м). На втором и третьем контурах ячеек заградительной полосы размещаются водоросли ламинарии японской 2-го года вегетации, причем они размещены в толще воды (3-7 м).

На четвертом и пятом контурах от источника загрязнения размещаются фильтрующие моллюски (мидия обыкновенная) 2-го года вегетации и кукумария. Они также размещены в толще воды (6-9 м).

На шестом и седьмом контурах ячеек заградительной полосы размещаются водоросли ламинарии японской 2-го года вегетации, в толще воды (7-11 м).

На восьмом и девятом контурах ячеек заградительной полосы размещаются водоросли ламинарии японской 1-го года вегетации, в толще воды (8-12 м).

На десятом и одиннадцатом контурах от источника загрязнения размещаются фильтрующие моллюски (мидия обыкновенная) 1-го года вегетации, в толще воды (8-12 м).

На двенадцатом и тринадцатом контурах ячеек заградительной полосы размещаются водоросли ламинарии японской 1-го года вегетации в поверхностном слое воды (11-12,8 м).

На четырнадцатом и пятнадцатом контурах от источника загрязнения размещаются фильтрующие моллюски (мидия обыкновенная) 1-го года вегетации, в поверхностном слое воды (11-12,8 м).

Общая площадь заградительной полосы составляет 27,1 га, которая охватывает прибрежный участок моря площадью 28,3 га, ширина полосы равна 120 м. Морские водоросли заградительной полосы создают активно поглощающую поверхность площадью 724,1 тыс. кв.

Наблюдения проводилось в течение летнего вегетативного периода.

Наблюдение за состоянием морской среды показали, что загрязнение водного бассейна в результате бытовых сбросов, распространялось лишь в пределах ограниченного зарослями гидробионтов водного бассейна моря. Заградительная полоса обеспечивала полную локализацию бытовых сбросов в море. Лишь в условиях большого волнения моря, небольшая часть загрязнителя выходила за пределы заградительной полосы, главным образом по поверхности моря, и составляло не более 7% от общей площади загрязненного участка моря. Причем в этих условиях рассеянная часть загрязнителя оставалась в толще воды в пределах огражденного участка.

Функциональное состояние гидробионтов заградительной полосы было удовлетворительно. Наблюдалось незначительное угнетение роста морских водорослей на прилегающей к загрязнению участке заградительной полосы. Отмечался более усиливающийся рост водорослей 1-го года и однолетних фильтрующих моллюском на внешней стороне заградительной полосы.

Формула изобретения

Способ биологической очистки морской среды, включающий помещение морских беспозвоночных в места загрязнения воды нефтью, нефтепродуктами, органическими и минеральными веществами, отличающийся тем, что в места загрязнения воды дополнительно помещают морские макрофиты причем размещают их вокруг источника загрязнения на установках для культивирования морских гидробионтов в поверхностном и/или придонном слое воды, и/или по всей толще, в шахматном порядке, в 6 и более рядов, при этом на внутренних рядах размещают медленнорастущие и взрослые особи быстрорастущих макрофитов и морских беспозвоночных, а на средних и внешних рядах молодые особи морских гидробионтов.