Onečišćenje s brodova – tekući tereti - ulja

1. Onečišćenje s brodova – tekući tereti - ulja Tehnologija uklanjanja onečišćenja Doc.dr.sc. Gorana Jelić Mrčelić Predavanje 5

2. Prirodni procesi koji djeluju na uljni izljev 2

3. Fizikalna i kemijska svojstva ulja Pod uljima najčešće smatramo sirovu naftu i naftne derivate (benzin, diesel, lož ulja, brodsko gorivo, katrani, asfalti…), ali i životinjske masnoće, biljna ulja i ostala ne-naftna ulja (čak i jestivo ulje!) Nafta je smjesa različitih ugljikovodika. Fizička i kemijska svojstva ulja ovise o sastavu ulja (udjelu lakih i teških frakcija): • lake frakcije imaju mali broj ugljikovih atoma u molekuli (plinovi i lako hlapljive tekućine); • teškefrakcije velik broj ugljikovih atoma (vrlo guste tekućine gotovo krutnine poput asfalta).

4. Ulja kao smjesa lakih i teških frakcija, općenito su lakša od vode i ne otapaju se u vodi već plivaju na površini i predstavljaju fizičku barijeru koja sprječava izmjenu plinova između mora i atmosfere. Također su zapaljiva, pa su česti su požari naftnih mrlja. Kad se goriva klasificiraju njihova postojanost se može opisati vremenom poluživota za svaku grupu. To je vrijeme potrebno za odstranjene 50% nafte sa morske površine. Što je to je manja specifična težina nafte, to je postojanost manja.

5. Svaka vrsta ulja ima drukčiji sastav, o kojem ovise: • fizikalna i kemijska svojstva, • način širenja izljeva, • njegov utjecaj na morski svijet, ali i na čovjeka.

6. Fizikalna i kemijska svojstva ulja: • površinska napetost • specifična težina • viskoznost • vrelište • točka tečenja • topljivost

7. 1. Površinska napetost To je mjera privlačenja među molekulama na površini tekućine. Što je veća površinska napetost to je veća mogućnost da će mrlja ostati na mjestu, a ako je površinska napetost ulja niska, ulje će se lako širiti i bez pomoći vjetra i morskih struja. Povećana temperatura može smanjiti površinsku napetost ulja, i širenje mrlje je uglavnom brže u toplijim, no u hladnijim morima.

8. 2. Specifična težina (ST) To je odnos gustoće ulja prema gustoći čiste vode. Specifična težina uljnog izljeva može se povećati ukoliko lakši sastojci ulja ispare. Teža ulja, biljna ulja i životinjske masti mogu potonuti i formirati nakupine katrana ili mogu reagirati s talozima na dnu mora. Specifična težina sirove nafte i njenih prerađevina obično se izražava kao API (American Petroleum Institute) težina u skladu s formulom API težina = 141,5/ST-131,5 To je veličina koja kaže koliko je ulje lakše ili teže od vode. Ako je API težina veća od 10 ulje je lakše i pluta na vodi. Ulja s malom specifičnom težinom (koja imaju visoki API) imaju manju viskoznost i sadrže veću količinu isparivih sastojaka

9. 3. Viskoznost je mjera za unutarnje trenje između slojeva tekućine u gibanju. Što je veća viskoznost ulja, veća je i njegova tendencija da ostane u mjestu (med je primjer tekućine visoke viskoznosti). Viskoznost se mijenja obrnuto proporcionalno s promjenom temperature. 4. Vrelište je temperatura pri kojoj tvar (ulje) prelazi u plinovito stanje uz standardni tlak.

10. 5. Točka tečenja je temperatura ispod koje ulje postaje polukruto i gubi sposobnost tečenja. Točka tečenja ulja generalno varira od –35ºC do +40ºC 6. Topljivost je važno svojstvo ulja jer određuje ponašanje ulja u vodi. Ulja su slabo topljiva u vodi, no neki su sastojci ulja topljivi u vodi i to uglavnom hlapljiviji (lakši) sastojci. Iako je topljivost u maloj korelaciji s hlapljivosti, ona može biti značajna za toksičnost, jer hlapljivije komponente imaju veću toksičnost.

11. Procesi s naftom (uljem) u moru Nakon dospijevanja u more ulje se počinje razgrađivati u morskom okolišu, što je rezultat mnogih kemijskih i fizikalnih procesa (eng. weathering). Ti procesi ovise o: • značajkama razlivenog ulja i • meteorološkim uvjetima, a mogu biti: • premještanje (eng. drifting), • širenje, • isparavanje, • raspršivanje, • emulzifikacija, • sedimentacija, • otapanje, • oksidacija, • biorazgradnja, • nasukanje (eng. stranding).

12. http://www.itopf.com/marine-spills/fate/weathering-process/index.htmlhttp://www.itopf.com/marine-spills/fate/weathering-process/index.html

13. Ponašanje srednje teškog ulja u morskom okolišu – trajanje pojedinih procesa razgradnje izvor: www.cedre.com

14. Širenje Širenje ovisi o: • površinskoj napetosti, • specifičnoj težini, • viskoznosti . Velika trenutna mrlja će se širiti puno brže od mrlje koja se stvara sporijim izlijevanjem. Nakon nekoliko sati mrlja se razvija i formira uske trake tj. linije paralelne sa smjerom vjetra. 12 sati nakon izljeva nafta se može raspršiti na površini do 5 km2 time smanjujući mogućnost učinkovitog čišćenja na moru.

15. Brzina širenja izljeva određuje njegov utjecaj na okolinu. Većina ulja se širi horizontalno na površini vode formirajući uljnumrlju. Gibanje naftne mrlje predviđa se uzevši u obzir djelovanje: • vjetra (3%) i • površinskih morskih struja (100%).

16. Isparavanje Isparavanje ovisi o: • vrsti ulja (hlapljivosti), • brzini početnog širenja ulja (što je veća površina mrlje to će lakše komponente brže isparit), • vremenskim uvjetima (uzburkano more, velika brzina vjetra i visoke temperature će također ubrzati proces isparavanja). Izljevi rafiniranih produkata (benzin i kerozin) mogu u potpunosti ispariti u roku od nekoliko sati. Lagane sirovine mogu izgubiti i do 40% volumena već prvog dana izljeva. Goriva podložna isparavanju, ako se nalaze u ograničenom prostoru povećavaju rizik od zapaljenja ili eksplozije. Teške sirovine i goriva su malo ili pak uopće nisu podložna isparavanju.

17. Disperzija - raspršivanje Valovi i turbulencija morske površine djeluju na mrlju tako da se stvaraju kapljice različite veličine. Brzina raspršivanja uvelike ovisi o: • prirodi nafte i • stanju mora (ubrzava se velikim valovima). Primjena raspršivača na plutajuću mrlju povećava brzinu prirodne razgradnje, jer pospješuje stvaranje većeg broja malih kapljica, koje bi inače nastale samo djelovanjem valova.

18. Emulzifikacija Mnoga ulja pokazuju mogućnost upijanja vode i formiranja emulzije voda u ulju (čokoladni mousse) ili ulja u vodi. Upijanjem vode ulje mijenja boju (u smeđu, narančastu ili žutu) - volumen zagađivača povećava se za tri ili četiri puta. Brzina stvaranja emulzija ovisi o stanju mora i viskoznosti ulja. Emulzije su vrlo ljepljive, te usporavaju druge procese razgradnje nafte. One su glavni razlog ostajanja lakših ili srednje teških sirovih ulja na morskoj površini Emulzije se mogu razdvojiti na ulja i vodu ako se ugriju Sunčevom toplinom pod mirnim uvjetima ili se nasuču na obalnu liniju.

19. Taloženje Teške sirovine (npr. nafta iz Venezuele) i većina teških goriva dovoljno su gusta da tonu u morskoj vodi. Nafta nasukana na pješčanim obalama miješa se sa talogom i tone. Plitke vode bogate suspendiranim tvarima imaju povoljne uvjete za taloženje. Na otvorenom moru manja je vjerojatnost taloženja, no zooplankton može hranjenjem vezati čestice ulja, koje će s izmetom pasti na morsko dno. Temperatura djeluje na ponašanje neutralnog plutajućeg ulja - ulje koje lako pluta za vrijeme dana, može potonuti noću zbog snižavanja temperature. Isto tako premještanjem u toplija mora mrlja može izroniti na površinu.

20. Otapanje Komponente topljive u vodi mogu se otopiti u morskoj vodi, ovisno o sastavu ulja i stanju mora. Obično se to događa kada je nafta dispregirana u vodenom stupcu. Aromatski ugljikovodici (benzen i toluen) su komponente koje će se najlakše otopiti u morskoj vodi. One će ujedno prve i ispariti (10 do 100 puta brže isparavanje nego otapanje). Kako nafta sadržava samo male količine ovih komponenti otapanjeje najmanje važan proces.

21. Oksidacija Ulja mogu reagirati s kisikom pretvarajući se u topljive proizvode ili pak oblikovati tvrde katranske tvorevine. Veliki broj oksidacijskih reakcija ubrzava sunčeva svjetlost. Oksidacija se uglavnom događa na rubovima naftne mrlje, no učinak oksidacije je mali u odnosu na ostale procese.

22. Biorazgradnja Bakterije, plijesan i kvasac iz mora mogu iskoristiti naftu kao izvor energije. Kako mikroorganizmi žive u morskoj vodi biorazgradnja se odvija samo na granici vode s naftom. Stvaranje kapljica prirodnom ili kemijskom disperzijom povećava površinu izloženu biološkoj aktivnosti i povećava razgradnju. Na obalnoj liniji izvan dosega plime nafta će se jako sporo razgraditi, te može opstati više godina. Biorazgradnja ovisi o temperaturi i dostupnosti kisika, te hranjivih tvari (dušičnih i fosfornih sastojaka).

26. Složeni procesi Najvažniji procesi u ranim stadijima naftne mrlje su: • širenje, • isparavanje, • raspršenje, • stvaranja emulzije. Dugoročni procesi koji određuju konačnu sudbinu nafte su: • oksidacija, • taloženje, • biorazgradnja.

27. Oblici uljnih mrlja 27

28. Uljni izljev utječe na… • na rekreacijske aktivnosti - ugrožena je estetika i zdravlje, te izgubljeno povjerenje i nakon operacija čišćenja; • na industriju - mogu biti ugrožene elektrane, brodogradilišta (nebojane i svježe obojane površine) i pomorski promet (brane ograničavaju prostor za manevar brodova)…; • na živi svijet.

29. Učinci izljevnih ulja na morske organizme • Ovisi o: • vremenskim prilikama, • količini, sastavu i koncentraciji nafte, • osjetljivosti morskih staništa. • Nakon izlijevanja ulja većina otrovnih sastojaka brzo ispari, iako se lako tope u vodi, što znači da smrtonosne koncentracije otrovnih sastojaka koje vode do masovnog ugibanja morskih životinja i biljaka su relativno rijetke, lokalizirane i kratkotrajne (povezuju se s lakim pročišćenim proizvodima).

30. Utjecaj sastava nafte na toksičnost Otrovnost tvari se izražava kao vrijeme i koncentracija potrebna za izazivanje određenog stupnja onečišćenja. Lakši rafinirani proizvodi nafte kao diesel gorivo i benzin lakše se miješaju u vodenoj koloni – toksičniji za morske organizme, ali prilično brzo isparavaju i ne zadržavaju se dugo u okolišu (toksičniji, ali hlapljiviji!) Teža sirova nafta i pogonska nafta, te policiklički aromatski ugljikovodici (PAHs) imaju manju toksičnost, ali se duže zadržavaju na površini i često bivaju izbačena na obalu, teško se uklanjaju i ostaju godinama u sedimentu (manje toksični, ali postojaniji i izazivaju veću štetu po okoliš!)

31. 1. Direktan kontakt s naftom izaziva mehaničko oštećenje organizama i trovanje koji nastaju kao posljedica: • prekrivanja površine (negativno utječe na termoregulaciju, pokretanje organizama...), • udisanja i gutanja (gušenje, djelovanje na nervni sustav, jetru ...)… Trovanje može biti akutno (obično letalno kada smrt nastupa odmah zbog izloženosti velikim koncentracijama) ili kronično (subletalno zbog izlaganja manjim koncentracijama kroz duži period što izaziva genetske i reproduktivne promjene koje mogu ugroziti opstanak populacija). 2. Indirektan fizički kontakt kroz uništenje staništa - razlivena nafta dovodi do pokrivanja morske površine, do neprirodnog bujanja bakterija, što dovodi do poremećaja u hranidbenom lancu i smanjenja kisika otopljenog u moru i smanjenje kvalitete mora.

32. Utjecaj uljnog izljeva na morsku floru i faunu može biti posljedica: • djelovanja nafte na organizme i njihov okoliš; • oštećenja nastala prilikom operacija čišćenja.

33. Osjetljivost staništa Površinski mikrosloj mora (eng. Sea Surface Microlayer SMM) ključno područje u kojemu se odvijaju procesi izmjene između oceana i atmosfere presudne za održavanje prirodne ravnoteže tvari na Zemlji. Naftni filmovi osjetno utječu na procese izmjene plinova, materijala i energije između mora i atmosfere, a time i na žive organizme. Morski sisavci i kornjače osjetljivi su na onečišćenje jer se moraju podizati na morsku površinu zbog disanja, a neki su vezani uz obalu radi razmnožavanja i obavljanja drugih životnih funkcija. Najgori slučaj je kad naftna mrlja završi na obali zbog složenosti obalnih ekosustava i otežanih, vrlo kompliciranih operacija čišćenja.

34. Preživljavanje organizama Sposobnost u preživljavanju od onečišćenja nije stalna i ovisi: • vrsti organizma, • otpornosti organizama (ovisi o razvojnom stadiju i kondiciji), • reprodukcijskom ciklusu, • općem fiziološkom stanju organizma, • godišnjem dobu, • klimatskim, oceanološkim i hidrološkim značajkama morskog okoliša…

35. Osjetljivost pojedinih vrsta organizama na naftu Sve vrste mogu biti ugrožene naftom u moru. Neke vrste posebno su osjetljive zbog načina života – npr. organizmi koji se ne mogu sami kretati (plankton) ili često borave na granici more-zrak ili more-kopno (ptice i sisavci!), a posebno su osjetljivi jaja i mlađi životni stadiji. Nafta stimulira rast heterotrofnih bakterija koje koriste ugljikovodike za ishranu. Učinak na alge je manje negativan nego za ostale više organizme, no alge su jako osjetljive na sekundarne efekte zagađenja naftom (naglo smanjenja koncentracije kisika u vodi). Više biljke su osjetljive jer nafta smanjuje fotosintezu (apsorbira svijetlost potrebnu biljkamai mijenja propusnost staničnih membrana) .

36. Školjkaši lako vežu naftu jer se hrane filtriranjem velikih količina mora. Ribe lako primaju ugljikovodike preko škrga, ali kad se stave u svježu nezagađenu vodu brzo uklone ugljikovodike iz organizma. Ptice i morski sisavci Negativni učinci nafte ove organizme su brojni: • hipotermija uzrokovana lijepljenjem perja ili krzna, • iritacija očiju, • upala pluća zbog udisanja, • probavne smetnje nakon gutanja, • promjena ponašanja (stres), • promjene navika u reprodukciji (razmnožavanju), • promijenjena stopa rasta, • genetske promjene…

37. Ptice koje se u velikom broju skupljaju na moru ili obalama radi razmnožavanja, hranidbe ili mitarenja (mijenjanja perja), osobito su osjetljive na onečišćenje uljima. Ugrožene vrste su: ronci, pingvini, patke, pelikani, kormorani i morske ptice koje se hrane roneći. Uzroci uginuća su: • gutanje ulja, • utapanje (najčešći uzrok), • izgladnjivanje i • gubitak tjelesne temperature kao posljedica oštećenja perja (pera natopljena uljem prestaju biti vodootporna i gube izolacijske sposobnosti). Mnoga onečišćenja su dovela u pitanja opstanka nekih populacija, jer mnoge morske ptice dugo žive, sporo odrastaju i sporo se razmnažaju. Svi ovi čimbenici usporavaju oporavak.

38. Organizmi na otvorenom moru Najviše strada plankton jer se ne može aktivno gibati, a vrlo su osjetljivi na onečišćenje uljima (velika smrtnost). Njihova nejednaka raspoređenost umanjuje negativne posljedice, jer zbog dinamike morske vode brzo se naseljavaju područja iz neugroženih dijelova vodenih masa. Velike životinje npr., glavonošci, kornjače, ribe, kitovi, delfini itd., vrlo su pokretljivi i rijetko pogođeni.

39. Organizmi u obalnim područjima Morski sisavci poput tuljana, gmazova, kornjača…, osjetljivi su na onečišćenje jer se moraju podizati na morsku površinu zbog disanja, ili izlaziti na obalu radi razmnožavanja i obavljanja drugih životnih funkcija vezanih za kopno.

40. Organizmi na morskom dnu (bentoski organizmi) Opasnost da površinsko onečišćenje ugrozi morsko dno je vrlo mala, ali u plitkim vodama može doći na morsko dno (tijekom nevremena kada se intenzivno okomito miješaju vodene mase). Taloženje ulja na morsko dno može izazvati štetu morskoj flori i fauni i dovesti do nemogućnosti nastanjivanja područja u višegodišnjem razdoblju, što znači da su moguće trajne, ali ne i smrtne posljedice.

41. Onečišćenje uljima ne mora izravno ugroziti životinje, biljke ili njihove grabežljivce u kratkom ili duljem vremenskom periodu od incidenta, to ih ulje može učiniti neukusnima, što je zapravo privremeni problem, jer se štetni sastojci gube kada se ekosustav vrati u normalno stanje ili nakon držanja morskih organizama neko vrijeme u slatkoj vodi. Problem nastaje onda kada se tim organizmima hrane ljudi, jer je dokazano da ugljikovodici iz ulja štete sisavcima. Prihvatila se činjenica da je, ukoliko meso nema okus po uljima, stupanj štetnih sastojaka toliko nizak da je potpuno bezopasan

42. Oporavak U pogledu prirodne promjenljivosti biljnih i životinjskih vrsta, često je vrlo teško procijeniti posljedice onečišćenja uljima i odrediti stupanj oporavka staništa do svojeg prvotnog stanja. Potrebno je izraditi detaljne studije stanja prije onečišćenja, koje utvrđuju fizičke, kemijske i biološke osobine staništa i model prirodne promjenjivosti. Sposobnost oporavka organizama od onečišćenja ovisi o: • trajanju, • jakosti onečišćenja, • potencijalu oporavka pojedine vrste. Organizmi kojih ima u obilju, koji imaju veliku mlađ, koji su pokretljiviji i razmnožavaju se redovito u velikom broju, obnavljaju se brzo, za razliku od populacija koje žive dugo i sporo odrastaju. Oporavak je brži u tropskim područjima u odnosu na hladna (brži metabolizam).

43. Čišćenje i oporavak ptica je spor proces koji zahtjeva izvježbano osoblje i neizbježno izaziva strah kod ptica i samo se pojedine primjerke može spasiti. • Zamjena životinja je praktički nemoguća iako se neke vrste mogu uzgajati i naseliti na neoštećena područja (neke ptice, sisavci, gmazovi i ribe). • Prilikom uklanjanja onečišćenja važno je umanjiti fizička oštećenja staništa, jer nastaju znatno teže posljedice od samog gubitka vegetacije.

44. Zaštita živih organizama Načini zaštite živih organizama od onečišćenja su: • ograđivanje naftne mrlje i sprečavanje širenja; • držanje nekontaminiranih organizama na distanci – zvučno i vizualno plašenje ili tjeranje vibracijama; • hvatanje nekontaminiranih organizama i držanje u zatočeništvu dok ne prođe opasnost; • hvatanje kontaminiranih organizama, čišćenje i puštanje u divljinu kada prođe opasnost.

45. Hvala na pažnji!

46. Pitanja za ponavljanje • Navedite neke od fizikalno-kemijskih svojstava nafte i kako se ona zbog tih svojstava ponaša u morskom okolišu? • Objasnite zbog čega su lake frakcije nafte manje štetne za morski okoliš nego teže frakcije iako imaju veću toksičnost? • O čemu ovisi opseg štete na okoliš kao posljedica izljeva nafte? • Nabrojite i ukratko opišite koji se procesi s događaju kada nafta jednom uđe u more. • Navedite i ukratko opišite sve moguće štetne učinke nafte na morske organizme. • Opišite kako nafta djeluje na pojedine organizme. • Kako je sve moguće zaštititi morske organizme nakon izljeva nafte u more?