Ρύπανση από πετρελαιοκηλίδες στο θαλάσσιο περιβάλλον: προβλήματα και τρόποι αντιμετώπισης

Ταμπακίδης, Χαράλαμπος; Tampakidis, Charalampos

dc.contributor.author	Ταμπακίδης, Χαράλαμπος	el
dc.contributor.author	Tampakidis, Charalampos	en
dc.date.accessioned	2015-03-17T10:48:35Z
dc.date.available	2015-03-17T10:48:35Z
dc.date.issued	2015-03-17
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40430
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.4255
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Πετρελαιοκηλίδα	el
dc.subject	Βιοεξυγίανση	el
dc.subject	Χημική διασπορά	el
dc.subject	Επιφανειοδράστης	el
dc.subject	Πρόληψη	el
dc.subject	Oil spill	el
dc.subject	Bioremediation	el
dc.subject	Chemical dispersion	el
dc.subject	Surfactant	el
dc.subject	Prevention	el
dc.title	Ρύπανση από πετρελαιοκηλίδες στο θαλάσσιο περιβάλλον: προβλήματα και τρόποι αντιμετώπισης	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-10-13
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσης μεταπτυχιακής εργασίας είναι ανάδειξη του προβλήματος των διαρροών υδρογονανθράκων στο θαλάσσιο περιβάλλον, η παρουσίαση του διεθνούς νομικού πλαισίου σχετικά με την προστασία των θαλασσών από την ρύπανση από πλοία, και η βιβλιογραφική επισκόπηση των σύγχρονων μεθόδων αντιμετώπισης πετρελαιοκηλίδων. Πετρελαιοκηλίδες Το πετρέλαιο είναι ένα φυσικής προέλευσης υγρό που προέρχεται από την αποσύνθεση οργανισμών στο υπέδαφος και αποτελείται από υδρογονάνθρακες (αλκάνια, κυκλοαλκάνια, πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες, ασφαλτικές ενώσεις), οργανικές ενώσεις που περιέχουν Θείο, Άζωτο και Οξυγόνο, και ίχνη μετάλλων. Εξορύσσεται σε 100 πετρελαιοπαραγωγά Κράτη και μεταφέρεται παγκοσμίως με διάφορους τρόπους (πετρελαιοφόρα πλοία, υποθαλάσσιοι αγωγοί, αεροσκάφη, τραίνα, τροχοφόρα οχήματα), όμως για διάφορους λόγους σημειώνονται περιστατικά διαρροών υδρογονανθράκων που ονομάζονται πετρελαιοκηλίδες. Οι διαρροές μπορούν να προκύψουν σε οποιοδήποτε στάδιο παραγωγής και μεταφοράς του πετρελαίου (γεώτρηση, θαλάσσια μεταφορά, διυλιστήριο, οδική μεταφορά), αλλά οι κηλίδες στο θαλάσσιο περιβάλλον είναι οι πλέον καταστροφικές. Προκαλούν πολυεπίπεδες ζημίες τόσο στον Άνθρωπο όσο και στο Περιβάλλον. Συγκεκριμένα, υπάρχει κίνδυνος εκδήλωσης πυρκαϊών, ρύπανσης πόσιμων υδάτων, θανάτωσης αλιευμάτων και αισθητικής υποβάθμισης τουριστικών περιοχών. Επιπλέον, το πετρέλαιο καθιστά τα ζώα πιο ευάλωτα καθώς προκαλεί τόσο εξωτερικές (οσμή, μείωση θερμομονωτικής ικανότητας, απώλεια ικανότητας πλεύσης για ιχθείς και πτήσης για πτηνά) όσο κα εσωτερικές (εισπνοή και κατάποση υδρογονανθράκων προκαλεί ζημιές στα εσωτερικά όργανα) βλάβες. Νομοθεσία Σημαντικά περιστατικά διαρροών υδρογονανθράκων είχαν ως αποτέλεσμα την λήψη πρωτοβουλιών για την προστασία των θαλασσών. Ειδικά το περιστατικό του Torrey Canyon το 1969 αποτέλεσε ορόσημο για την θέσπιση ενός ενιαίου και διεθνούς νομικού πλαισίου που να διέπει την ασφάλεια των θαλασσίων μεταφορών και την πρόληψη της ρύπανσης από πλοία. Μία από τις σημαντικότερες πρωτοβουλίες του είδους είναι η Διεθνής Σύμβαση για την Πρόληψη της Ρύπανσης από Πλοία (International Convention for the Prevention of Pollution from Ships), γνωστή και ως MARPOL 73/78, στόχος της οποίας είναι η προστασία των θαλασσίων οικοσυστημάτων μέσω της εξάλειψης της ρύπανσης από πλοία, και η ελαχιστοποίηση των περιστατικών διαρροής υδρογονανθράκων και άλλων επικινδύνων ουσιών στο θαλάσσιο περιβάλλον. Η Ευρωπαϊκή Ένωση, αποσκοπώντας στην προστασία των ευρωπαϊκών θαλασσών από πιέσεις όπως η κλιματική αλλαγή, η υπεραλίευση και η ρύπανση από πλοία, έθεσε σε ισχύ την Οδηγία Πλαίσιο για τη Θαλάσσια Στρατηγική 2008/56/ΕΚ. Στόχος της είναι η επίτευξη ή/και η διατήρηση καλής περιβαλλοντικής κατάστασης στις ευρωπαϊκές θάλασσες μέχρι το έτος 2020. Τα Κράτη Μέλη της Ε.Ε. υποχρεούνται να χαράξουν θαλάσσια στρατηγική για τα ύδατά τους, εφαρμόζοντας προγράμματα μέτρων και παρακολούθησης για την προστασία και την διατήρηση του θαλάσσιου περιβάλλοντος, την πρόληψη της υποβάθμισης των υδάτων και την αποκατάσταση των οικοσυστημάτων σε επιβαρυμένες περιοχές. Επιπλέον, η διεθνής και ευρωπαϊκή νομοθεσία προβλέπει τον καταλογισμό ποινικών και οικονομικών ευθυνών σε παραβάτες και ρυπαντές. Το International Oil Pollution Compensation και το Ευρωπαϊκό Ταμείο για την αποζημίωση σε περιπτώσεις ρύπανσης των θαλασσών από πετρέλαιο έχουν συσταθεί για την οικονομική αποζημίωση των θιγομένων από την ρύπανση. Βιοεξυγίανση Η βιοεξυγίανση (bioremediation) είναι μια σειρά τεχνικών διαχείρισης αποβλήτων που περιλαμβάνει την χρήση οργανισμών για την απομάκρυνση ή εξουδετέρωση ρύπων από έναν ρυπασμένο χώρο. Η βιοεξυγίανση μπορεί να συμβεί είτε από μόνη της (φυσική εξασθένηση) ή μπορεί να απαιτεί την προσθήκη τροφής (άζωτο, φώσφορο, οξυγόνο, κλπ) που εκκινεί την ανάπτυξη των επιλεγμένων οργανισμών για την διάσπαση των ρύπων. Το θαλάσσιο περιβάλλον περιέχει οργανισμούς που χρησιμοποιούν το πετρέλαιο ως πηγή τροφής, διασπούν τους υδρογονάνθρακες σε διαλυτές ουσίες και εν τέλει σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Καθώς η βιοδιάσπαση του πετρελαίου απαιτεί οξυγόνο, η διεργασία αυτή μπορεί να λάβει χώρα μόνο στην διεπιφάνεια ελαίου-νερού, δεδομένου ότι δεν υπάρχει διαθέσιμο οξυγόνο εντός της ελαιώδους φάσης. Η βιοεξυγίανση πετρελαιοκηλίδων με την χρήση οργανισμών είναι εφικτή, αρκεί το πετρέλαιο να μην έχει προηγουμένως υποστεί σημαντική γήρανση. Τα επίμονα έλαια (αργό, μαζούτ, λιπαντικά, diesel) διασπώνται βραδύτερα στο περιβάλλον και απαιτούν αντιμετώπιση καθώς μπορούν να επηρεάσουν τα οικοσυστήματα και να ρυπάνουν τις ακτές, ενώ τα μη επίμονα έλαια (κηροζίνη, βενζίνη, ελαφρύ diesel) διαλύονται ταχέως λόγω εξάτμισης, και σπανίως απαιτείται ανθρώπινη επέμβαση. Η μυκηλοεξυγίανση (mycoremediation) είναι μια τεχνική βιοεξυγίανσης στην οποία χρησιμοποιούνται μυκήλια από μύκητες για την απορρύπανση μιας επιβαρυμένης περιοχής. Η επιλογή κατάλληλων μυκηλίων για την στόχευση συγκεκριμένων ρύπων θεωρείται καίριας σημασίας. Η μικροβιακή βιοδιάσπαση συνίσταται στην αξιοποίηση του ξενοβιοτικού μεταβολισμού των μικροβίων προκειμένου να πραγματοποιηθεί η (αερόβια ή αναερόβια) διάσπαση, ή η συσσώρευση, ενός ευρέος φάσματος ενώσεων, μεταξύ των οποίων και οι υδρογονάνθρακες. Ένα σημαντικό ποσοστό του πετρελαίου που εισέρχεται στα θαλάσσια συστήματα διαλύεται από μικροβιακές κοινότητες που διασπούν τους υδρογονάνθρακες, ιδίως από μια εξειδικευμένη ομάδα βακτηρίων, τα υδρογονανθρακοκλαστικά βακτήρια (hydrocarbonoclastic bacteria, HCB). Η αποτελεσματικότητα των μεθόδων βιοεξυγίανσης συνήθως αξιολογείται με γνώμονα την εξαφάνιση του ρύπου. Αυτή η προσέγγιση όμως δεν λαμβάνει υπ’ όψιν το ενδεχόμενο ότι τα τελικά ή ενδιάμεσα προϊόντα που παράγονται κατά τη διάρκεια της αποκατάστασης μπορεί να είναι τοξικά. Επομένως είναι σημαντικό να διαπιστωθεί η τοξικότητα των τελικών και ενδιάμεσων προϊόντων σε άλλους οργανισμούς, και να πραγματοποιηθεί αξιολόγηση των τεχνικών βιοεξυγίανσης με βιολογικές αναλύσεις μέσω της χρήσης οργανισμών που αναμένεται να υπάρχουν στην πληγείσα περιοχή πριν και μετά την βιοεξυγίανση. Η χρήση φυσικών οργανισμών για την αντιμετώπιση των κηλίδων έχει το μειονέκτημα του κυμαινόμενου βαθμού επιτυχίας από περιοχή σε περιοχή. Μια εναλλακτική επιλογή είναι η χρήση γενετικά τροποποιημένων οργανισμών, ή η εργαστηριακή εισαγωγή κατάλληλων γονιδίων σε ενδημικά είδη ώστε να απορρυπάνουν την περιοχή. Η φυσική εξασθένιση είναι μια σειρά φυσικών, χημικών και βιολογικών διεργασιών που υπό προϋποθέσεις μπορούν να μειώσουν την μάζα, τοξικότητα, διάχυση, ή συγκέντρωση ρύπων στο επιφανειακό νερό. Η επιλογή αυτή προκρίνεται όταν παράγοντες όπως το χρηματικό κόστος και οι διαθέσιμες τεχνολογίες αποτρέπουν την εφαρμογή τεχνικών βιοεξυγίανσης. Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται συνήθως σε βραχώδεις παράκτιες περιοχές και ευαίσθητους υγροβιότοπους, ειδικά αν η πετρελαιοκηλίδα είναι μικρών διαστάσεων. Υπό προϋποθέσεις είναι η βέλτιστη λύση γιατί οι μηχανικές μέθοδοι απορρύπανσης (π.χ. εκσκαφή) επηρεάζουν την τοπική χλωρίδα, ενώ η χρήση μέσων χημικής διασποράς μπορεί να βλάψει τα οικοσυστήματα λόγω της τοξικότητας των ουσιών αυτών. Οι τεχνικές βιοεξυγίανσης χαρακτηρίζονται από το πλεονέκτημα της σχέσης κόστους/απόδοσης και την φιλικότητα προς το περιβάλλον, ενώ δύνανται να χρησιμοποιηθούν σε απρόσιτες περιοχές, αλλά το μεγάλο μειονέκτημα των μεθόδων αυτών είναι ο χαμηλός ρυθμός με τον οποίο πραγματοποιούνται. Χημική Διασπορά Η χημική διασπορά είναι μια αποτελεσματική στρατηγική για την αντιμετώπιση διαρροών πετρελαίου, καθώς είναι σε θέση να αφαιρέσει γρήγορα σημαντικές ποσότητες πετρελαίου από την επιφάνεια της θάλασσας μεταφέροντάς το στην στήλη ύδατος, όπου αυτό διασπείρεται, αραιώνεται και διαλύεται από φυσικές διεργασίες. Ουσιαστικά, η προσθήκη χημικών διασπορέων επιταχύνει το φαινόμενο της φυσικής διασποράς του πετρελαίου στο νερό από τα θαλάσσια κύματα. Οι χημικοί διασπορείς αποτελούνται από έναν διαλύτη και μια επιφανειοδραστική ουσία. Οι επιφανειοδράστες αποτελούνται από μια υδρόφιλη κεφαλή και μια υδρόφοβη ουρά, μειώνουν την επιφανειακή τάση μεταξύ νερού/ελαίου και επιτρέπουν σε μικρά σταγονίδια πετρελαίου να αποκολληθούν από την κηλίδα. Οι επιφανειοδράστες δημιουργούν συσσωματώματα με το έλαιο να βρίσκεται στον υδρόφοβο πυρήνα. Οι επιφανειοδράστες ταξινομούνται σε ομάδες σύμφωνα με την πολική ομάδα της κεφαλής (ανιοντικοί, κατιοντικοί, μη ιοντικοί, διπολικοί). Η χρήση επιφανειοδραστών επιφέρει επιπτώσεις τόσο στην Υγεία όσο και στο Περιβάλλον. Πρόκειται συνήθως για τοξικές ουσίες που μπορούν να αυξήσουν την διάχυση άλλων περιβαλλοντικών ρύπων. Ακόμα και επιφανειοδρατικές ουσίες με χαμηλή τοξικότητα μπορεί να παράξουν τοξικά προϊόντα μέσω της διάσπασής των. Επιπλέον, προκαλούν εξωτερικές (π.χ. ερεθισμός δέρματος) και εσωτερικές (π.χ. ερεθισμός πεπτικού συστήματος) βλάβες, ενώ η χρόνια έκθεση προκαλεί μεταλλάξεις και καρκίνο. Μια εναλλακτική λύση είναι η χρήση βιολογικών ουσιών για την διασπορά του πετρελαίου. Οι βιοεπιφανειοδράστες είναι ουσίες που συντίθενται από βακτήρια και είναι φιλικοί προς το περιβάλλον, έχουν δυνατότητα παραγωγής μεγάλης κλίμακας, επιλεκτικότητα, και πολύ καλή απόδοση υπό ακραίες συνθήκες. Οι βιοεπιφανειοδράστες ενισχύουν την γαλακτωματοποίηση των υδρογονανθράκων, διαλύουν τις προσμείξεις υδρογονανθράκων και αυξάνουν την διαθεσιμότητά τους για μικροβιακή αποικοδόμηση. Ενώ η χρήση χημικών ουσιών για την απομάκρυνση υδρογονανθράκων ενδέχεται να προκαλέσει ρύπανση του περιβάλλοντος με τα παραπροϊόντα τους, η βιολογική επεξεργασία μπορεί να διασπάσει αποτελεσματικά τους ρύπους, με τις ουσίες αυτές να είναι ταυτοχρόνως βιοδιασπώμενες. Όπως και στην περίπτωση της βιοεξυγίανσης, η αποτελεσματικότητα του μέσου χημικής διασποράς εξαρτάται από παράγοντες όπως η υποβάθμιση του πετρελαίου, το ιξώδες (ιδανικά 1.000-2.000 cP) και η αλατότητα το νερού. Η αναλογία του παράγοντα χημικής διασποράς προς το έλαιο είναι τυπικά 1:20 για επιφανειακή χρήση και εφαρμόζεται με ψεκασμό από πλοία και αεροσκάφη. Η πορεία της διασποράς παρακολουθείται συνεχώς και τερματίζεται όταν κρίνεται μη αποδοτική. Η εφαρμογή της χημικής διασποράς πετρελαίου εμπεριέχει το περιβαλλοντικό δίλημμα μεταξύ της έκθεσης της παράκτιας ζώνης στο επιφανειακό πετρέλαιο της κηλίδας, και της έκθεσης των υδρόβιων οργανισμών στο αραιωμένο πετρέλαιο και στους χημικούς διασπορείς. Είναι απαραίτητη η ισορροπημένη αξιολόγηση των περιβαλλοντικών και οικονομικών οφελών από την χημική διασπορά του πετρελαίου, πάντα σε συνεννόηση με τις τοπικές αρχές. Άλλες μέθοδοι αντιμετώπισης πετρελαιοκηλίδων Η ελεγχόμενη καύση πραγματοποιείται με την απομόνωση και απομάκρυνση μέρους του πετρελαίου μέσω της χρήσης ρυμουλκούμενων φραγμάτων σχήματος U, όπου πραγματοποιείται ανάφλεξη μακριά από τον κύριο όγκο της κηλίδας. Η εφαρμογή της μεθόδου είναι δυνατή στην θάλασσα, σε ποταμούς και ρυπασμένους πάγους σε αρκτικέ περιοχές. Αν και η καύση καταργεί την ανάγκη συλλογής, αποθήκευσης και διαχείρισης του ανακτημένου πετρελαίου, εν τούτοις παράγονται ατμοσφαιρικοί ρύποι (σωματίδια αιθάλης). Η εκσκαφή συνήθως πραγματοποιείται σε ρηχές θάλασσες ή σε περιοχές με γλυκό νερό με σκοπό την συλλογή χώματος με προσροφημένους ρύπους (π.χ. πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες) και την διάθεσή τους για επεξεργασία. Η εκσκαφή όμως προκαλεί διαταραχές στα τοπικά ικοσυστήματα. Η εξάφριση είναι ο διαχωρισμός του πετρελαίου που επιπλέει στο νερό σε περιστατικά διαρροής υδρογονανθράκων. Είναι δυνατή η χρήση υπερχειλιστών, αναρροφιστών και ελαιόφιλων εξαφριστών, όμως αυτές οι μέθοδοι αδυνατούν να συνδυάσουν την αποτελεσματικότητα με την ταχύτητα διαχωρισμού του πετρελαίου από τα νερό. Οι στερεοποιητές είναι υδρόφοβα πολυμερή που προκαλούν την αύξηση του ιξώδους του πετρελαίου με αποτέλεσμα το στερεοποιημένο πετρέλαιο να επιπλέει στην επιφάνεια της θάλασσας. Είναι δυνατή η συλλογή και ανακύκλωση του πετρελαίου, αλλά υπάρχει ο κίνδυνος το στερεό να βυθιστεί και να καταστεί αδύνατη η απομάκρυνσή του από το θαλάσσιο περιβάλλον. Η φυγοκέντριση είναι μια μηχανική μέθοδος διαχωρισμού του πετρελαίου από το νερό. Η παραγωγή ρυπασμένου νερού όμως αποτρέπει την επαναδιάθεσή του στο θαλάσσιο περιβάλλον χωρίς επεξεργασία. Η πρόληψη και αντιμετώπιση μιας πετρελαιοκηλίδας είναι η πρακτική της μείωσης του αριθμού των υπεράκτιων συμβάντων διαρροής πετρελαίου στο περιβάλλον και του περιορισμού της ποσότητας επικινδύνων ουσιών που απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια αυτών των περιστατικών. Αυτός ο στόχος επιτυγχάνεται με την λήψη μέτρων όπως η τακτική επιθεώρηση των εγκαταστάσεων, η αξιολόγηση του εξοπλισμού και η τήρηση των πρωτοκόλλων λειτουργίας και ασφαλείας. Συμπεράσματα Τα σημαντικότερα συμπεράσματα που προκύπτουν είναι τα ακόλουθα: Η βιοεξυγίανση είναι μια αποτελεσματική, οικονομική και φιλική προς το Περιβάλλον τεχνική αντιμετώπισης πετρελαιοκηλίδων. Ειδικά οι φυσικά απαντώμενοι οργανισμοί όπως τα HCBs καθιστούν την μέθοδο ακόμη πιο ελκυστική, παρά το μειονέκτημα του βραδέως ρυθμού διάσπασης των υδρογονανθράκων. Η χημική διασπορά είναι μια ταχεία μέθοδος απορρύπανσης των πετρελαιοκηλίδων, όμως η τεχνική αυτή ενέχει κινδύνους για την υγεία των ενδημικών θαλασσίων οργανισμών. Εν τέλει, η εφαρμογή της μεθόδου πρέπει να συνοδεύεται από σφαιρική αντίληψη των οφελών και των κινδύνων, σε συνεργασία με τις τοπικές Αρχές. Η ελεγχόμενη καύση απομακρύνει γρήγορα μικρές κηλίδες, αλλά προκαλεί ατμοσφαιρική ρύπανση. Η εκσκαφή απομακρύνει τους προσροφημένους στο χώμα ρύπους αλλά διαταράσσει τα τοπικά οικοσυστήματα. Οι εξαφριστές δεν απομακρύνουν γρήγορα μεγάλες ποσότητες πετρελαίου. Οι στερεοποιητές επιτρέπουν την ανάκτηση και αξιοποίηση μέρους του διαρρεύσαντος πετρελαίου. Η φυγοκέντριση παράγει ρυπασμένο νερό που απαιτεί επεξεργασία. Η πρόληψη μπορεί να μειώσει τόσο τον αριθμό των πετρελαιοκηλίδων όσο και την ποσότητα των διαρρευσάντων υδρογονανθράκων. Καμία μέθοδος αντιμετώπισης πετρελαιοκηλίδων δεν επαρκεί από μόνη της, αλλά η συνδυασμένη εφαρμογή πολλαπλών μεθόδων είναι η βέλτιστη λύση για την πλήρη απορρύπανση της πληγείσας περιοχής.	el
heal.advisorName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλά, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Γιακουμάκης, Σπύρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο.Σχολή Πολιτικών Μηχανικών.Τομέας Υδάτινων Πόρων και Περιβάλλοντος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	58 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true