Экологические аспекты создания систем

Моря и океаны являются местом сосредоточения значительных биоресурсов, в частности рыбных. Основой пищевой цепочки в различных водоемах является фито- и зоопланктон (рис. 1.8). В соответствии с [16], планктон (от греч. Р1апк1оз — блуждающий) — это совокупность организмов, населяющих толщу воды континентальных и морских водоемов и не способных противостоять переносу течениями. Икринки и личинки рыб — самые большие организмы в микроскопическом планктоне.

Планктон, икринки и личинки рыб

Рис. 1.8. Планктон, икринки и личинки рыб

В мировом океане суммарная биомасса фитопланктона оценивается в 1,5 млрд т, а зоопланктона — 20 млрд т. Однако, по данным [16], из-за быстрого размножения продукция фитопланктона за год может достигать 550 млрд т, что почти в 10 раз больше суммарной продукции всего животного населения океана. Фитопланктон — пища мелких планктонных животных, которыми питаются более крупные.

Перемещения планктонных организмов происходят не только пассивно, с помощью течений воды, но и благодаря собственному активному движению. Планктонные организмы перемещаются то вверх (к поверхности), то вниз (на глубину) в течение суток. Это явление получило название суточных вертикальных миграций. В верхних слоях моря днем, особенно летом, планктона содержится сравнительно мало. Постепенно, с уменьшением яркости солнечного освещения, количество планктона в верхних слоях увеличивается, так как почти все планктонные организмы поднимаются к поверхности.

Наблюдается и сезонная миграция планктона (рис. 1.9). Так, в Японском море [ 17] зимой фитопланктона мало, и он весь сосредоточен в самом верхнем слое воды (0...15 м). Весной его становится гораздо больше, и он захватывает слой в 25 м. Летом фитопланктон избегает яркой освещенности самого верхнего слоя, и главная масса его находится на глубине 5...20 м. Осенью, когда процесс вегетации в основном останавливается, отмирающий планктон опускается на глубины более 20 м.

Суточные изменения в распределении планктона

Рис. 1.9. Суточные изменения в распределении планктона

в Японском море [17]

Обычно наибольшее количество планктона наблюдается преимущественно в верхних слоях моря на глубинах до 50 м. Например, исследования [18] показали, что глубина, на которой в Черном море происходит наиболее интенсивный фотосинтез массовых видов одноклеточных водорослей планктона, составляет 10... 15 м (рис. 1.10).

Количество микроорганизмов на разных глубинах Черного моря (тыс. клеток в 1см воды) [18]

Рис. 1.10. Количество микроорганизмов на разных глубинах Черного моря (тыс. клеток в 1см3 воды) [18]

Количество планктона возрастает в прибрежной зоне. По данным [19] в теплое время года масса зоопланктона в одном кубическом метре воды достигает сотен граммов.

Уничтожение планктона приводит к соответствующему падению рыбной продуктивности водоемов.

В этой связи весьма показательной является ситуация, сложившаяся на Черном море в конце 1980-х — начале 90-х гг. В этот период с балластными водами судов в Черное море попал гребневик мнемиопсис (МпетюрБ^ 1ещу1), который обычно обитает у побережья Северной Америки. Этот организм характеризуется огромным репродуктивным потенциалом и производит ежесуточно до 10000 яиц. При благоприятных условиях общая масса мнемиопсиса может удваиваться за двое-трое суток. Данный организм питается планктоном, икринками и личинками рыб. В результате попадания мнемиопсиса в Черное и Азовское моря произошло резкое сокращение количества планктона (рис. 1.11) и численности рыб. Так, по данным [20] вылов ставриды сократился со 110... 115 тыс. т до 3 тыс. т. В Азовском море запасы тюльки сократились в 400 раз. В конце 1990-х гг. в Черном море распространился гребневик берое (Вегое оуа!а), для которого мнемиопсис является хорошим кормом, вследствии чего численность последнего существенно снизилась. Как следствие, рыбная продуктивность Черного и Азовского морей стала восстанавливаться.

1978-1987 1988 1989 1990 1991 годы

Рис. 1.11. Изменение биомассы мнемиопсиса (а) и планктона (Ь) по годам [20]:

1 — саггиты; 2 — веслоногий рачок; 3 — мелкие рачки и личинки донных животных

К сожалению, наблюдается выраженная общая тенденция снижения биоресурсов морей и океанов, что определяется негативным воздействием разнообразных прибрежных промышленных объектов, в том числе многочисленных судов.

Наибольшее количество планктона (55...90%) сосредоточено в поверхностном слое до глубин порядка 50 м. Именно с этих глубин (обычно до 10...20 м) забирается вода, предназначенная для работы системы охлаждения энергетических установок различных судов и морских технических средств.

К сожалению, вопрос отрицательного экологического воздействия систем охлаждения энергоустановок не нашел до настоящего времени должного внимания в судостроении. Проблема весьма актуальна и для разнообразных технических средств освоения месторождений морского шельфа, у которых потребление морской воды часто достигает значительных величин. Так, например, на морской платформе ЛСП-1 номинальное потребление морской воды составляет 1600 м3/час, а максимальное может достигать 2000...2400 м3/час.

При этом следует обратить внимание на тот факт, что специалисты, занимающиеся системами охлаждения прибрежных тепловых электростанций, изучают и учитывают эту проблему. Так, в [21] в результате проведенных исследований определено, что неспособность планктона и рыбной молоди сопротивляться силе всасывания в систему приводит к их механическому повреждению и гибели. В [22] установлено, что вследствие механического воздействия погибает 70...90% зоопланктона, а в некоторых случаях наблюдалась даже 100%-я смертность. В результате в районе Калининской тепловой электростанции примерно в три раза снизились общие запасы рыбы [21] .

Рассмотрим механизм воздействия на биоресурсы морей широко используемых в настоящее время разомкнутых систем охлаждения судовых энергетических установок. Вода из окружающей акватории всасывается и прокачивается насосом через фильтр, теплообменник и арматуру, после чего сбрасывается обратно в акваторию. Используемые фильтры имеют размеры проходных отверстий от 1 до 4,5 мм. В [23, 24] отмечается, что при размерах отверстий сетчатого фильтра менее 1 мм резко возрастает скорость его засорения, в том числе планктоном, что грозит нарушением работы системы охлаждения.

Планктон имеет размеры, измеряемые микронами и более, а большинство икринок— размер 1...2 мм (рис. 1.8). Поэтому практически все они попадают в систему охлаждения и, пройдя перечисленные выше элементы системы, под воздействием теплового и механического факторов либо погибают, либо существенно повреждаются.

Сотрудниками ФГБУН «Институт морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского» РАН выполнены соответствующие оценки для морской буровой платформы проекта 10170 с суммарной мощностью энергоустановки 5000 кВт, потребляющей 400...800 м3/час охлаждающей морской воды. Определено, что в результате действия указанных выше факторов за год уничтожается примерно 200 т промысловых видов рыб [25, 26]. При этом учитывалась естественная гибель икринок и рыбной молоди.

Таким образом, системы охлаждения судов и разнообразных морских технических средств освоения морского шельфа наносят существенный экологический урон биологическим ресурсам морей и океанов. Аналогичная ситуация имеет место и для внутренних водоемов.

Растет понимание актуальности данного вопроса. Так, Государственная экологическая экспертиза РФ требует оснащения водозаборов пока только морских поисково-разведочных буровых установок и морских нефтегазодобывающих платформ рыбозащитными устройствами (РЗУ). В [23, 27] отмечается, что для указанных объектов отсутствуют стандартные технические решения в этом аспекте. Апробированные конструкции для береговых водозаборов во многих случаях неприемлемы. Существует много сложностей, связанных с техническим обслуживанием и ремонтом, надежностью ит.д. Тем не менее, практические шаги в этом направлении делаются. Так, например, для морской буровой установки «Исполин» (рис. 1.12) были изготовлены пять РЗУ типа конусная сетка (рис. 1.13) с рыбоотводом, которые устанавливаются перед всасывающими коллекторами насосных агрегатов. Конструкции данного типа предусматривают использование вращающихся и мелкоячеистых сетчатых частей. Вращающиеся части в морской агрессивной среде требуют смазки и ухода, а сетки — чистки от планктона, обрастания и мелкого твердого мусора.

Морская буровая установка «Исполин»

Рис. 1.12. Морская буровая установка «Исполин»

Рыбозащитное устройство типа конусная сетка

Рис. 1.13. Рыбозащитное устройство типа конусная сетка

Для морской платформы ЛСП-1 (рис. 1.14) используются РЗУ жалюзийного типа с потокообразователем (рис. 1.15).

Морская платформа ЛСП-1

Рис. 1.14. Морская платформа ЛСП-1

Рыбозащитное устройство жалюзийного типа с потокообразователем

Рис 1.15. Рыбозащитное устройство жалюзийного типа с потокообразователем

Тем не менее, проведенные исследования [24] показали, что сетчатые устройства оказываются эффективными (70% и более) лишь для рыб размером более 8... 15 мм (рис. 1.16).

Как указывалось выше, размер планктона измеряется микронами и более, а большинство икринок и рыбной молоди имеют размер около 1...2 мм. Из анализа рис. 1.16 следует, что данные рыбозащитные устройства не эффективны для указанных организмов.

Следует отметить, что имеется возможность финансово оценить величину ущерба, наносимого вследствие указанных причин. Так, приказом Росрыболовства от 25.11.2011 № 1166 принята «Методика исчисления размера вреда, причиненного водным биологическим ресурсам» [25]. Методика предусматривает возможность расчета размера вреда, причиненного водным биоресурсам в результате забора воды из водных объектов без принятия мер по предотвращению попадания водных биоресурсов в водозаборные устройства и сооружения. При этом имеется механизм учета размера ущерба от потери прироста водных биоресурсов в результате гибели кормовых организмов (планктон, бентос) и водорослей, обеспечивающих прирост и жизнедеятельность водных биоресурсов.

Эффективность сетчатых рыбозащитных устройств [24]

Рис. 1.16. Эффективность сетчатых рыбозащитных устройств [24]

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >