海洋开发与环境保护7港口水域的水污染防治2011讲解课件

第二章海洋开发产业第一节港口航运产业 第四个问题 港口水域水污染的防治 一 水体自净 水体自净能力有物理净化 化学净化和生物净化 物理净化 水体稀释 混合 扩散 沉积 冲刷及再悬浮等作用使污染物浓度降低的过程 物理净化能降低污染物浓度 不能减少污染物 扩大污染物与水体的接触范围为化学和生物自净提供有利条件 化学净化 由于化学吸附 化学沉淀 氧化还原及水解等过程而使污染物浓度降低 生物净化是由于水生生物特别是微生物的降解作用使污染物浓度降低 化学净化和生物净化可以使污染物质得以衰减 影响自净能力的主要因素有 污染物质种类与性质 水体运动性质 水质 温度 盐度 溶解氧含量高 清洁程度 含沙 水生生物 能分解污染物的微生物多 和其它环境 如光照 因素 下面重点讨论水体运动与净化 非周期性流动 通过使物质作较长距离的搬运来稀释污染物质降低其浓度 密度流 河口水温和盐度的分布和变化形成 径流 方向相对固定 风海流 在长时间风的作用下产生的海流 波浪沿岸流 由于一定方向的波浪较长时间作用而形成的沿岸流动 周期性流动 潮流在潮周期内流向改变360 在河口和近岸水域 无论往复潮流还是旋转潮流在一个潮流周期内 流动水质点都做了一个近似封闭的椭圆运动 尽管在一个潮周期内 水质点基本又回到原来的位置 但一个潮周期内水质点的水平运距可达几十公里 因此可稀释污染物 若潮流椭圆不封闭 在一个潮周期内由起始至终点的距离是水质点的净位移 称为潮余流 在潮余流的作用下 物质会作一定方向的运移 潮余流的大小随地理位置和时间而异 垂直混合 波浪作用 垂向水体密度变化引起的混合作用等都能使水体产生垂直 紊动 加速物质的稀释扩散 从而起到物理净化的作用 在水运工程中 港口的水域相对较小 而且由于防波堤 突堤码头之类掩护建筑物的阻隔 水体的活动性相对较弱 对污染物的稀释能力较低 航道水域 内河航道或入海航道 水域相对宽阔 而且流动性较强 稀释能力亦相对较高 二 水交换周期 物理自净在基建项目选址中相当重要 水体流动性强的海湾 可以通过各种运动方式把污染物质带至开阔水域 从而降低海湾内的污染 而相对平静的海湾 与外界的水交换弱 海湾内一旦出现污染 就难以稀释扩散 为了能客观地比较不同水域水体更新的快慢程度 对于海湾之类的半封闭水域引进了水交换周期的概念 水交换周期就是将所研究水域的水全部更新一遍所需要的时间 潮流比风海流或密度流分量大一个量级 对于一个半封闭的海湾 一部分水质不再返回 不能返回域内的水质点会被等量的域外新水质点代替 因此海湾内外的水体发生了交换 此即为水交换 水交换的强弱程度反映了研究水域对污染物质的搬运能力 即该水域的物理自净能力 把研究水域内的水称为原水 研究水域外的水称为新水 更新域内原水所需时间称为水交换周期 对于一些海湾的水域 全部更新水质所需的时间是相当长的 渤海40 200年 所以在实用中 多采用 半交换周期 指域内原水更新一半所需的时间 三 防止船舶油污排出的措施 1 油船压舱水和洗舱水的处理 装于上部 老旧船 将油船压舱水和洗舱水集中于一二个舱内 静置一段时间 油滴逐渐上浮使舱底部的污水中的含油量降低到50PPm 利于排放 不大于lO0mg L可以直接在距离岸边12海里以外排放 到达油港装载同品种油时 就装于这些污油液的上部 局限性 装载不同油类时则不能采用 航程短 分离时间不足 风浪较大分离效果不好 因高温高压等产生乳化以及微粒化程度较高时效果很差 排出污水浓度不易控制 有时能将污油排出 设置专用压载水舱 新船 新船设置专用压载水舱 占去一部分的舱容量 1 3左右 但缩短停泊时间 1 3左右 而且能从根本上避免产生含油的压舱载水 航行中进行深海更换 在大风浪时 其所压载量难以满足油船返航的要求 有时还使用压载水 专用压载舱带来的是生物入侵的问题 现在一般要求船舶在深海置换海水 可能对船体结构造成危害 目前研究压载水的项目大都针对这种清洁压载水的生物入侵做的 2 船用油分浓度监视器的使用压舱水油分浓度监视装置 油分浓度监视器 计算器 记录器和控制器四部分组成 显示出瞬时排油量和总排油量 日期 时间等数据 并能自动控制排水中的含油量 符合排放规定 新油船总排油量 1 30000旧油船总排油量 1 15000 瞬时排油量 60L nmile 3 舱底水的 油水分离 处理机械运转过程中冷却 冲洗等产生的舱底水的含油量大 采用小型油水分离器 0 5t h 1 0t h 常用分离器的原理 重力式 静置分离 机械分离和离心分离 利用比重差异分离油和水 不能分离乳化状态的油 空气泡分离 充气分离和加压上浮分离 向油水混合物内充入空气 使油粒附着在气泡上而分离 加热分离 利用油和水在温度升高时体积的变化不同以及油受热后粘性降低 使油滴易于上浮 电气分离 把乳化的油性污水倒进装有电极的舱柜中 消除油粒电荷并使其往复运动 细小的油粒易于聚集在一起而上升实现分离 过滤分离 含油污水通过多孔性过滤元件 油被挡住水通过 同时增加了油粒碰撞接触 聚合上浮利于分离 过滤材料有砂卵石 微孔塑料管 合成纤维泡沫海绵以及烧结状树脂 分离效能较高 易堵塞 化学分离 为分离乳化油污水掺入界面活性剂或把石灰加到硫酸铁 硫酸铝等掺入里面以产生氢氧化物的絮凝物 形成絮凝物或沉淀时能带油分离 超声波分离 向含油污水发射超声波 引起油粒振动 使微小油粒相互碰撞 聚集 扩大而分离上浮 能分离用通常方法难以分离的完全乳化的油污水 缺点是装置价格高 4 一点逆向思考环渤海近岸的海域环境污染已经很严重了 但是渤海中间还有一定的海域环境容量还很大 自净能力很强 船舶经过时 只要不是渔场 养殖区 军事区等敏感区域就达标排放 就可以减轻对港口水域的环境压力 港口附近水域已经发生了海域污染 没有环境容量了 即使达标排放 也会造成新的污染物积累而造成污染 按法规达标就可以排放的 只有靠管理以及环境道德与情感的约束了 近岸排放治理还是投资离岸排放 物理自净的重要程度 四 船舶溢油事故的控制 1 发展精确导航技术发展精确导航技术以避免油船相撞 港口事故而导致的溢油污染 培训人员 改进船体结构和设备 2 围油栏围油栏是防止水面溢油扩散的必要设备 控制污染源 如油轮 油库附近水域 保护敏感区域例如如海滨浴场 海上渔场和河流 湖泊的污染 各种围油栏在海况条件比较恶劣时 作用都是十分有限的 围油栏的形式主要有以下几种形式 屏风式围油栏施放 回收 收藏容易 水面上波浪高时 浮体连接处的强度 浮体的展开有问题 屏风有时卧倒 泡沫浮体式围油栏浮体内填高分子泡沫体 外覆盖尼龙布 合成橡胶布等 优点是自重轻 施放 回收 收藏容易 附着油清扫作业简便 平静水面较有效 易受海流 风压 波浪等影响 气体浮力式围油栏将二氧化碳等压缩气体灌入浮力室 回收时可排出气体 体积可变得很小 较轻 便于收藏 缺点是易流动 易受波浪影响的 主要在平静的水面上使用 可以预先将其沉在外海码头及码头附近的水底 当油船作业时送入气体使之上浮 形成围栏防止溢油扩散 空气帘式围油栏从沉入海面以下lm 2m处的多孔管喷出空气 气泡上升形成速度约40cm s 50cm s的上升水流 同时产生水面隆起 用以防止水面溢油的扩散 这种围油栏由于管线搬运困难 故适于固定在港湾的入口附近使用 化学围油栏化学法 使用化学药剂 集油剂 能使油膜停止扩散 并收缩聚集在一起 在油膜面积很大 而且厚度很薄的情况下 用 集油剂 效果很好 在油膜和海岸间喷洒集油剂可制止污油入侵海滩和沿岸的水产养殖场 溢油回收 3 油处理 溢油分散剂 不能采用机械回收或有火灾危险时 及时喷洒 分散剂是表面活性剂 将水面溢油分离成直径为1 m 5 m微小油粒 悬浮在水面以下lm 2m阳光充足海水之中 增加油与水中氧的接触面积 容易被氧化或被细菌微生物降解 1 0t分散剂分散30t油 分散剂可通过飞机 船舶或直升飞机直接施用 施用的时间 在溢油中质量轻 易挥发的部分挥发之后 过早喷洒使原来可以挥发的油扩散于水中而起到相反的作用 在油水乳液 巧克力冰淇淋状 形成之前 因为乳化油远比油膜难以分散 生物方法 有些微生物 统称为 石油降解微生物 能够吸取石油中的碳为自己的养料 从而使石油降解和氧化 1971年亚特兰大大学 酵母菌对阳光 海水渗透压抵抗力较强 能钻进油滴繁殖自己 清除油污很有效 美国微生物学家培育 人造普通菌 几个小时就 吃掉 其它细菌一年时间才能 吃掉 的油 平时可以干冻起来 使用的时候撒在稻草上 把稻草扔进受油污的水面 在很短的时间内复活并大量繁殖 迅速吃油 污油吃光了 食物没了 它也跟着死了 溢油分散剂或生物方法都有使用范围和局限 比如油品 水温 所以低水温区的溢油成为普遍的难题 4 吸油材料回收水面上的油也用吸油性能良好的材料散布于水面进行吸附 我国的聚氨脂 稻草纤维 纸渣纤维三种吸油材料 针对水面液态油类 回收率90 对于粘度在150c St 5O 以下浮油回收效果更好 三者中聚氨脂的吸油性能最佳 聚氨脂Pu 01吸水倍数小于1 5 可吸取自重20倍的油 反复辊压可达150次以上 聚氨脂Pu 02吸水倍数小于1 5 可吸取自重25 30倍的油 吸油速度快 适用范围广 能吸柴油 机油 机舱底废油 可以经3000次吸油和碾压 实验材料没有破损 吸油量没有减少疏水性也符合要求 5 正确使用油类记录簿1983年10月2日 73 78国际防污公约 规定 港方可以检查 油类记录簿 如可能违反了公约 港监可扣留并检查该船 以查找怀疑违反公约的足够证据 油类记录簿 一是机舱的操作 所有船舶 一种是货油 压载操作 油船 油船上两种 6 建立应急计划和区域应急组织一个机构想配备有足够的应急能力 投资加养护费用十分沉重 作为风险投资也是浪费 所以建立应急计划和区域机构以共享资源 共担风险 共同保护环境是十分有意的 是 多赢 的事情 五 废水的处理 港口水域废水以沿岸工业废水和船舶污水为主 1 废水处理的基本方法 物理处理法将不溶解的固体悬浮物分离出来 不改变污染物化学性质 如 筛滤法 重力分离法 离心分离法 化学处理法改变废水中污染物的化学性质或物理形态以消除其毒害性 或者使之从溶解 胶体 悬浮状态转为沉淀或漂浮状态 从固体转为气体 使污染物从水中分离出来 例如 中和法 氧化法 还原法 化学凝聚法 电解凝聚法 石灰解析法 离子交换法 生物和化学处理法 利用自然界存在的各种微生物的氧化分解作用 将废水中的有机污染物分解并向无机化转化 达到废水净化的目的 根据微生物对氧气的需要 可以分为 好气性 生化处理法和 厌气性 生化处理法两种 物理化学处理法运用物理和化学作用使废水得到净化的方法称为物理化学处理法 可以独立的做污水处理系统 也可以是生物处理法的后续处理 例如 浮选 吸附 萃取 反渗透 电渗析 2 工业废水的 三级 处理技术一级处理 用过滤 沉淀 沉沙等预处理手段除去部分悬浮与漂浮物质 调整废水pH值 减轻废水的腐蚀程度 给二级处理创造条件 残留 大量溶解状态的物质 胶状物质 氯化物和硫化物等有害物质 二级处理 经过生化处理 除去约90 可降解有机化合物和90 95 的固体悬浮物 残留 磷 氮等营养物质及某些难降解的有机物及病原微生物和重金属等 三级处理 又称深度 或高级 处理即采用化学方法 物理方法处理 使水质达到使用标准 3 船舶生活污水和垃圾处理 船舶生活污水排放规定根据国际标准我国制定了的船舶生活污水排放标准 GB3552 83 a 生化需氧量 内河及沿海距最近陆地4nmile以内不大于50mg L b 悬浮物 内河及沿海距最近陆地4nmile以内不大于150mg L 距陆地4 12nmile无明显悬浮物固体 c 大肠菌群 内河及沿海距最近陆地4nmile以内不大于250个 100mL 距陆地4 12nmile不大于1000个 100mL 船舶垃圾排放规定我国船舶垃圾排放标准 GBR3552 83 与国际标准一致 一切塑料制品不得处理入海 具有漂浮性质的垃圾在距离最近陆地25nmile以外处理入海 食品废弃物和一切垃圾在距最近陆地12nmile以外处理入海 如果这种垃圾已经通过粉碎机或磨碎机 已粉碎的垃圾应通过筛眼不大于25mm的粗筛筛选 的处理 则可允许在尽可能远离最近陆地处处理入海 但禁止在距离最近陆地不到3nmile处理入海 污水的存储处理生活污水储存最简单和常用的方法是在船上装有集污舱 规格取决于船上的人数以及在禁排区域停泊和航行时间 到港排入岸上的污水接受设备 缺点 减少了船舶有效容积 需要港口设置污水接收设施 增加了港口服务费用 增加乘员 由于等待浮动回收船和进行排放作业而损失时间 为最大限度缩小船上污水储存设备的尺度 减少港口服务设施 可以安装各种污水处理装置 污水处理主要方法 有再循环处理 生物处理 物理化学处理 电化学处理及混合处理等 船舶垃圾的消除船舶垃圾及石油残渣的最好在船上消除 消除方法很多 机械 吸附 化学 生物和热消除等 最好的方法燃烧 在辅助锅炉上安装能焚烧含油污泥的废油燃烧装置 既能烧油渣 也能烧固体垃圾 一般船舶固体废弃物处理方法归结为三类a 船上预处理 把垃圾粉碎 压实 成本低 使其尺寸减少并规格化后暂时储存 然后按 公约 的规定到远海排放或运回码头由接收站处理 b 直接在船上焚烧处理 焚烧炉占用空间 有些烧不掉如玻璃 c 港口码头等用专门的垃圾处理船接收并处理 六 船舶污染监测 1 船舶污染监测概述研究监测 监视监测 常规监测 对船舶废水 废气 噪声等污染 在不同功能区内选择有代表性的点 定点 定时 定期进行长期监测 以观察污染状况的动态变化 评价治理效果 判断环境质量 特定监测 由于船舶污染水域而引起单位纠纷或危害及他人健康时 为追查肇事者而进行的仲裁监测和判断监测 2 生活污水的测定 大肠菌群的测定测定原理 根据大肠菌群能使乳糖发酵 37 时能使乳糖发酵 24小时内 产酸产气 进行检验 容器灭菌 采样立即送检 不超过4小时 生化需氧量的测定一般以BOD5指标 mg L 当耗氧量超过水样中溶解氧时 用饱和 稀释水 将水样适当稀释 求其氧的消耗量 采样后尽快进行 如不能 需将水样置于3 4 的暗处保存 放置后水样BOD5值低一些 悬浮物的测定方法用一定的过滤器过滤新鲜水样 将剩留在滤器上的固体于103 l05 的温度烘至恒重 然后称其重量 3 船舶油污染的监测方法 测水中含油量 红外吸收红外吸收法的原理 油类物质中的甲基 次甲基在近红外区有特征吸收 四氯化碳 氟里昂113等在此波长范围内无特征吸收 它们为溶剂 从水中萃取油类 根据3 4 m吸收峰值 确定水样中油分含量 重量法将水样酸化至pH值小于2 用 氟里昂113 氟里昂113不燃烧而更安全 石油醚低沸点溶剂萃取水样中的油分 然后将萃取液加热蒸发 除掉溶剂 称量残余物 即为水中含油量 4 气相色谱法和荧光分光法鉴别油种 确定污染船舶 气相色谱法小于300 馏分的油样进入气相谱柱内 其中正构烷烃碳氢化合物组分按其沸点先后被分离 由氢火焰离子检测出来 在记录仪上描绘出油谱图形 每种油的谱图不同 比较油谱轮廓 峰高比值与碳数关系曲线的形状 最高峰比值来鉴别油种 混合油比较不同的色谱输出衰减来来判断 优点 分析时间短 只需20mg样品 不需复杂预处理 色谱指纹技术可靠 重现性好 准确性高 缺点 各类机油及300 以上高沸点组分难区别 荧光分光法油中的多环芳烃 几乎不受风蚀 的特征荧光光谱可鉴别油种 比较污染油样和可疑源油样的光谱图 可以辨别污染油的来源 a 每条船的舱底水污油中燃料油和润滑油的混合比例不尽相同 其荧光光谱也各不相同 从而可对每条船的舱底水污油进行鉴别 b 船舶排污源的判断 从水面采集污染油样并从几条可疑排污的船舶舱底水中采集油样进行荧光光谱分析 并根据谱 形的符合 荧光强度符合来判断排污源 七 防止船舶污染的监督管理 港口 航道正常运营后 其水域保护首要工作就是控制船舶排污 1 减少船舶造成油污染事故掌握船舶造成污染的途径 并有针对性地采取相应的预防措施 一般归结为十四种途径