Onečišćenje s brodova – uljni izljevi

1. Onečišćenje s brodova – uljni izljevi Tehnologija uklanjanja onečišćenja Doc.dr.sc. Gorana Jelić Mrčelić Predavanje 5

2. Vrsta 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. 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.

3. US EPA (Environmental Protection Agency) nafte dijeli na: Klasa A: Lake, Hlapljive nafte (Kerozini, benzini), Ove nafte su fluidi, šire se brzo, imaju jak miris, visoku brzinu ishlapljivanja, i često su zapaljive. One prodiru u porozne materijale i mogu se trajno zadržati u takvoj strukturi. Ne lijepe se za površine; mlaz vode ih uklanja. Nafte klase A mogu biti vrlo otrovne. Klasa B: Neljepljive nafte (Abu Dabi Crude). Ove nafte su uljaste i kao vosak na opip. Manje su otrovne i čvršće prodiru u površinu nego nafte klase A, iako se mogu ukloniti s površine jakim mlazom vode. Srednje ili teške parafinske nafte spadaju u ovu klasu. Klasa C: Teške, ljepljive nafte (North Sea Crude Oils, Arabian Light Crude). Viskozne, ljepljive ili katranaste, smeđe ili crne. Mlaz vode uklanja ih sa površine, ne prodiru kroz poroznu površinu, često tone na dno. Ova klasa uključuje ostatna goriva i srednje do teške sirove nafte. Klasa D: Nefluidne nafte(teško gorivo, venezuelanske sirove nafte). Relativno neotrovne, ne prodiru u tlo, i obično su crne ili tamno smeđe. Kad se zagriju, nafte klase D se mogu topiti i prekriti površinu otežavajući čišćenje. Ostatne nafte, teške sirove nafte, neke parafinske nafte i neke atmosferske nafte spadaju u tu klasu.

4. 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). Ulja su općenito 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. Postojanost 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. 1. Površinska napetost To je mjera privlačenja među molekulama na površini tekućine. Što je veća površinska napetost to je većamogućnost 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. Povećanatemperatura može smanjiti površinsku napetost ulja, i širenje mrlje je uglavnom brže u toplijim, no u hladnijim morima.

6. 2. Specifična težina (ST) To je odnos gustoće ulja prema gustoći čiste vode i to je veličina koja kaže koliko je ulje lakše ili teže od vode (i da li pluta ili tone). Ulja s malom specifičnom težinom imaju manju viskoznost i sadrže veću količinu isparivih sastojaka. Specifična težina uljnog izljeva može se povećatiisparavanjem. Specifična težina sirove nafte i njenih prerađevina obično se izražava kao API težina (American Petroleum Institute).

7. 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. 5. Točka tečenja je temperaturaispod koje ulje gubi sposobnost tečenja. Točka tečenja ulja varira od –35ºC do +40ºC

8. 6. Topljivost 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.

12. Način širenja izljeva u moru - procesi s uljem 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 (eng. dissolution), • oksidacija, • biorazgradnja, • nasukanje (eng. stranding).

13. Premještanje i širenje Ovisi o: • površinskoj napetosti, • specifičnoj težini, • viskoznosti . Brzina širenja izljeva određuje njegov utjecaj na okolinu. Većina ulja se širi horizontalno na površini vode formirajući uljnumrlju. 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. linijeparalelne sa smjerom vjetra.

14. Gibanje naftne mrlje predviđa se uzevši u obzir djelovanje: • vjetra (3%) i • površinskih morskih struja (100%).

15. Isparavanje Isparavanje ovisi o: • vrsti ulja (hlapljivosti i viskoznosti - brzini širenja), • 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. Teške sirovine i goriva su malo ili pak uopće nisu podložna isparavanju. Lagane sirovine mogu izgubiti i do 40% volumena već prvog dana izljeva. Ako se nalaze u ograničenom prostoru goriva podložna isparavanju povećavaju rizik od zapaljenja ili eksplozije. Isparavanjem se smanjuje količina ulja u moru, ali se povećava njegova gustoća.

16. Disperzija - raspršivanje Valovi i turbulencija morske površine djeluju na mrlju tako da se stvaraju kapljice različite veličine. Brzina raspršivanja uvelike ovisi o: • vrsti 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.

17. Emulzifikacija Mnoga ulja pokazuju mogućnost upijanja vode i formiranja emulzije voda u ulju (čokoladni mousse) ili ulja u vodi. Brzina stvaranja emulzija ovisi o stanju mora i viskoznosti ulja. Upijanjem vode ulje mijenja boju (u smeđu, narančastu ili žutu) - povećava se volumen zagađivača se za 3 ili 4 puta. Emulzije su vrlo ljepljive (nalik majonezi), te usporavaju druge procese razgradnje nafte. Glavni su razlog ostajanja srednje teških sirovih ulja na morskoj površini, a mogu završiti na obali u obliku kuglica katrana. Emulzije se mogu razdvojiti na ulja i vodu ako se ugriju Sunčevom toplinom pod mirnim uvjetima.

18. Taloženje Teške sirovine (npr. nafta iz Venezuele) i većina teških goriva dovoljno su gusta da tonu u morskoj vodi. Obično potone oko 1/20 uljne mrlje. Ulje koje pluta za vrijeme dana, može noću potonuti zbog snižavanja temperature. Isto tako premještanjem u toplija mora mrlja može izroniti na površinu. Nafta nasukana na pješčanim obalama miješa se sa talogom i tone, što otežava pronalaženje i čišćenje (havarije Erika iPrestige ). Na otvorenom moru manja je vjerojatnost taloženja, no zooplankton može vezati čestice ulja i izmetom izbaciti na morsko dno.

19. Otapanje Komponente topljive u vodi mogu se otopiti u morskoj vodi, ovisno o vrsti ulja i stanju mora. Kako nafta sadržava samo male količine ovih komponenti otapanje je najmanje važan proces. Aromatski ugljikovodici (benzen i toluen) su komponente koje će se najlakše otopiti u morskoj vodi. One će prve i ispariti (10 do 100 puta brže isparavanje nego otapanje).

20. Oksidacija Ulja mogu reagirati s kisikom pretvarajući se u topljive proizvode ili pak oblikovati tvrde katranske tvorevine. Veliki broj oksidacijskih reakcija ubrzava sunčeva svjetlost. Ona ovisi i debljini uljne mrlje, pa se uglavnom događa na rubovima mrlje. Učinak oksidacije je mali u odnosu na ostale procese.

21. Biorazgradnja Bakterije, plijesan i kvasac iz mora mogu iskoristiti naftu kao izvor energije. Biorazgradnja ovisi o temperaturi i dostupnosti kisika, te hranjivih tvari (dušičnih i fosfornih sastojaka). 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.

22. Složeni procesi Najvažniji procesi u ranim stadijima: • širenje, • isparavanje, • raspršenje, • stvaranja emulzije. Dugoročni procesi: • oksidacija, • taloženje, • biorazgradnja. izvor: www.cedre.com

23. Utjecaj uljnih izljeva A. Ljudske aktivnosti na obali, B. Živi svijet.

24. Čimbenici koji utječu na učinke uljnog izljeva na morski okoliš: • količina, • vrsta izljevenog ulja, • trajanje izlijevanja - nagli veliki izljevi imat će jači učinak nego dugo sporo istjecanje nafte; • mjesto izlijevanja - izljev na otvorenom moru (Prestige) ima ograničeni utjecaj, ali na velikom obalnom području tijekom dugog vremenskog perioda, dok izljev na obali može imati jak učinak ali na ograničenom poručju. • vremenski uvjeti i uvjeti mora - nagla promjena vjetra spasila je francusku regiju Charente-Maritime od ozbiljnog zagađenja s tankera Erika, ali je zagadilo regijuPays de la Loire.

25. A. Utjecaj ulja na ljudske aktivnosti na obali • rekreacijske aktivnosti - ugrožena je estetika i zdravlje, te izgubljeno povjerenje i nakon operacija čišćenja; • gospodarstvo - mogu biti ugrožene elektrane, ribolovna područja, uzgajališta, poljoprivredne površine, brodogradilišta i pomorski promet (brane ograničavaju prostor za manevar brodova)…; Posljedice su socijalne i ekonomske, pogotovo ako se radi o popularnim turističkim područjima, a mogu se kretati od laganih nepogodnosti do paralize svih aktivnosti. Treba uzeti u obzir i psihološke posljedice koje mogu trajati i nekoliko godina – bijes lokalne zajednice i brojni sudski sporovi.

26. Utjecaj na marikulturu i ribolov - nečišćenje uljima ne mora izravno ugroziti životinje i biljke, već jednostavan kontakt kože ili škrga morskih organizama s ugljikohidratima može dovesti do toga da imaju okus po ulju. Potrebno je samo nekoliko sati kontakta s uljima da se promijeni miris ili okus morskih organizama. Promjena okusa/mirisa može se ustanoviti organoleptičkim testovima (kušanje) ili analizom ukupnog sadržaja ugljikovodika u tkivima. Prihvatila se činjenica da ukoliko meso nema okus po uljima, udio štetnih sastojaka toliko nizak da je potpuno bezopasan. Nakon što se prenesu u okoliš u kojem nema ugljikovodika životinje se prirodno očiste od zagađivača tijekom nekoliko tjedana ili mjeseci.

27. 2. Utjecaj ulja na morske organizme • Indirektan fizički kontakt kroz uništenje staništa, neprirodno bujanje bakterija, što dovodi do poremećaja u hranidbenoj mreži,smanjenja kisika otopljenog u moru i smanjenje kvalitete mora. 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 ...)…

28. Utjecaj na staništa Površinski mikrosloj mora (eng. Sea Surface Microlayer SMM) je područje u kojemu se odvijaju procesi izmjene plinova, materijala i energije između oceana i atmosfere važni za održavanje prirodne ravnoteže tvari na Zemlji. 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 vrlo kompliciranih operacija čišćenja. Učinak ovisi o osjetljivosti podloge (različito za kamenitu, šljunkovitu, pjeskovitu…), ali i o stupnju izmjene vode u tom podrčju.

29. Radi usporedbe rezultata dobivenih u laboratoriju i stvarnog stanja izrađuju su “jednostavnaprirodna staništa” (eng. mesocosms) koja sadrže nekoliko tisuća do nekoliko desetina tisuća litara morske vode. Iako daju vrijedne znanstvene rezultate, ovi eksperimenti ne opisuju način zagađenja prirodnih staništa.

30. Početno stanje Jedino ako je poznato početno stanje okoliša prije incidenta, može se procijeniti stupanj utjecaja na okoliš. Tako npr. u Francuskoj Ifremer (the FrenchResearch Institute for Exploitation of the Sea) objavio je 2003 mrežu referentnih podataka za obalne bentoske populacije poznatu kao Rebent Network.

31. Utjecaj uljnog izljeva na stjenovitu obalu Kamenita obala pruža idealnu podlogu za prihvat velikih količina ulja, ali se može i brzo očistiti mehaničkim djelovanjem valova,, osim u lokvicama u kojima se nafta može nakupljati. Ovaj tip obale je najmanje osjetljiv i ima veliki potencijal za prirodni oporavak - zajednice na ovim obalama najčešće se oporave u razdoblju 2 do 3 godine. Utjecaj uljnog izljeva na sedimentnu obalu Šljunčane i pješčane plaže su podložne jačem utjecaju naftne mrlje jer nafta može prodrijeti duboko u sediment, pa je teško ukloniti bez ugrožavanje organizama koji tu žive. Muljevite obale i močvare pogotovo su osjetljive, pogotovo što su to područja slabe izmjene vode. Zakopano ulje može biti problem jer ga valovi mogu otkopati i odnijeti dalje do nezagađenih područja.

32. Indirektni utjecaj preko hranidbene mreže Morski organizmi žive u interakciji jedni s drugima – od predator/plijen odnosa do parazitizma i drugih odnosa. Sve grupe organizama mogu biti pogođene uljnim izljevom. Promjene na jedinkama ili grupi jedinki mogu dovesti do promjena u strukturi i funkcioniranju čitave zajednice. Može doći do: • smanjenja ili nestajanja populacija zbog gladovanja organizama čija je hrana zagađena uljima i nije dostupan alternativan izvor hrane; • znatno razmnožavanje organizamakoji su hrana organizmima koji su smanjeni ili eliminirani. Ovi su učinci privremeni, no za proces oporavka potrebne su godine.

33. Bioakumulacija ugljikovodika Unošenje malih količina ugljikovodika u morske organizme, preko kože ili škrga ili ishranom, može utjecati na njihove predatore. Ako se zagađivač ne razgradi u metaboličkim procesima, onda se koncentrira kroz hranidbenu mrežu, što je fenomen poznat kao bioakumulacija. U svakom stupnju hranidbene mreže oko 10 kg tvari iz donjeg stupnja producira 1 kg žive tvari u višem stupnnju i on se umnožava (koncentrira) 10 puta. Organizmi koji filtriraju znatne količine vode dnevno (kao školjkaši - npr. ostriga teška 20 grama dnevno filtrira 48 litara morske vode) mogu multiplicirati koncentraciju zagađivača u svojim tkivima i do 70,000 puta u odnosu na svoj okoliš.

35. Direktni utjecaj na organizme

36. Utjecaj sastava nafte na toksičnost Lakši rafinirani proizvodi nafte 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!). Utjecaj količine nafte na toksičnost 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). Otrovnost tvari se izražava kao vrijeme i koncentracija potrebna za izazivanje određenog stupnja onečišćenja.

37. Letalni učinci U slučajevima blagog miješanja vode samo najtopljiviji aromatski ugljikovodici otapaju se u vodi, dok drugi brzo isparavaju. U slučajevima jakog miješanja čak i najmanje topljivi hlapljivi ugljikovodici otapaju se u vodenom stupcu. Policiklički aromatski ugljikovodici (eng. Polycyclic aromatic hydrocarbons PAH) zbog svoje stabilnosti i sveprisutnosti (ulje za loženje, za industriju…) često nalazimo u morskom okolišu. Oni su jako toksični jer ih organizmi ugrađuju u svoje metabolite i tako se vezuju na DNA. Stoga mogu imati mutageni učinak. Subletalni učinci - Ovi učinci izazivaju gubitak ravnoteže u životnoj zajednici i to preko smanjene stope rasta ili razmnožavanja (promjene u gametama), ili povećane smrtnosti larvi i mladih jedinki. Mogu utjecati na komunikaciju između jedinki ili između jedinki i okoliša, i na taj način izazvati promjene u ponašanju npr. migracija. Smanjenje rasta jedinki može biti posljedica smanjenog apetita ili smanjenja sposobnosti pretvaranja hrane u energiju.

38. Osjetljivost pojedinih vrsta organizama na naftu 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!). 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) .

39. 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: • gubitak tjelesne temperature kao posljedica oštećenja perja i krzna (prestaju biti vodootporna i gube izolacijske sposobnosti), • utapanje (najčešći uzrok), • iritacija očiju i upala pluća zbog udisanja, • izgladnjivanje,probavne smetnje nakon gutanja, promijenjena stopa rasta, • promjena ponašanja (stres) i navika u reprodukciji (razmnožavanju), • genetske promjene…

40. Osjetljivost jedinki osim o vrsti, ovisi i o: • razvojnom stadiju i reprodukcijskom ciklusu (posebno su osjetljivi jaja i mlađi životni stadiji), • općem fiziološkom stanju organizma, • godišnjem dobu, klimatskim, oceanološkim i hidrološkim značajkama morskog okoliša… Prisustvo drugih zagađivača i prethodna izlaganja nafti također će utjecati na kondiciju organizama.

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

42. Oporavak Često je teško procijeniti posljedice onečišćenja uljima i odrediti stupanjoporavka 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. 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. Čišćenje i oporavak ptica je spor proces koji zahtjeva izvježbano osoblje i neizbježno izaziva strah kod ptica i samo se pojedine primjerke može spasiti.

44. Hvala na pažnji!

45. Oil spill from leaking oil rig of West Australian coast in whale migration route - August 2009 http://www.youtube.com/watch?v=9jra9OG3SFY

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 - direktne i indirektne. • Opišite kako nafta djeluje na pojedine organizme. • Kako je sve moguće zaštititi morske organizme nakon izljeva nafte u more?