SZKOŁA ASPIRANTÓW
PAŃSTWOWEJ STRAŻY POŻARNEJ
W KRAKOWIE
WYPOSAŻENIE TECHNICZNE
Sprzęt do ograniczania rozlewisk
Konsultant: Wykonał :
st. kpt. mgr inż. Robert Wolański str. kdt. Pełczyński Konrad str. kdt. Justyna Gol
KRAKÓW 2003 r.
Kilka słów wstępu...
W celu podjęcia interwencji, najistotniejszą sprawą jest spowodowanie efektywnego ograniczenia plamy olejowej, tzn. by czas rozprzestrzeniania się był jak najkrótszy. Najskuteczniejszym sposobem dla ograniczania i zatrzymania wędrującej plamy jest ustawienie na jej drodze nieprzekraczalnej przeszkody (zapór przeciwolejowych). Może to być zarówno konstrukcja pływająca jak i przeszkoda stała. Środkami ograniczającymi powierzchnie rozlewiska są przegrody nazywane zaporami pływającymi lub stałymi, ustawione na drodze lub wokół źródła wypływu zanieczyszczeń, uniemożliwiające swobodną migrację oraz stwarzające warunki do stopniowego powiększania grubości warstwy zanieczyszczeń. Skuteczność działania zapór zależy od warunków pogodowych i hydrologicznych, sytuacji lodowej, rodzaju i postaci płynnego zanieczyszczenia.
Ze względu na akwen działania, wytwarzane są:
zapory pełnomorskie,
morskie przybrzeżne i portowe
zapory dla wód osłoniętych i śródlądowych.
Rodzaje sprzętu do ograniczania rozlewisk :
Zestawienie zapór
Zapory stałe.
Zapory pływające
Zapory dla wód śródlądowych
Zapory ognioodporne
Zapory sorpcyjne
Zapory powietrzno - wodne
Zapory pływające improwizowane
Zapory siatkowo - sorbujące
Zapory stałe
Zaporą stałą na cieku wodnym jest każde urządzenie hydrotechniczne, gdzie spiętrzona zostaje woda, a tym samym tworzą się warunki dla zatrzymania płynącego po powierzchni zanieczyszczenia. Zatrzymanie zanieczyszczeń dokonywane jest na zaporach stałych tworzonych w czasie akcji zwalczania skutków rozlewów. Konstrukcje spiętrzające są źródłem turbulencji, występuje tutaj zjawisko wysoce niekorzystne tj. porywanie płynnych cząstek zanieczyszczeń.
Z tej przyczyny, z biegiem cieku wodnego należy ustawić dodatkowe zapory, głównie sorbujące, których zadaniem wychwytywanie przedostających się z konstrukcji spiętrzających zanieczyszczeń. Stopień spiętrzenia wody musi być kontrolowany na bieżąco. Gromadzące się zanieczyszczenia, po osiągnięciu odpowiedniej grubości warstwy, powinny być odpompowywane na bieżąco lub zbierane ręcznie za pomocą sorbentów. Zapory przeciwolejowe można używać biernie lub aktywnie. Przy biernym użyciu zapór powoduje się tylko wydzielenie plamy olejowej i jej gromadzenie czyli niedopuszczenie do rozpuszczania się. Przy użyciu aktywnym dwa statki lub jednostki pływające holują zaporę powodując zagęszczenie plamy, co jest niezmiernie ważne przy usunięciu oleju z wody. Ważną sprawą jest głębokość akwenu, na którym stawia się zaporę stałą. Przyjęto, że głębokość akwenu nie może być mniejsza niż 3 do 5-krotnie wielkości zanurzenia zapory (falowanie, prądy wodne).
Zapory pływające
Zapory pływające pod względem konstrukcyjnym zostały podzielone na dwa zasadnicze typy:
parkanowy
kurtynowy
Zapory parkanowe wykonane są ze sztywnego materiału np. grubego brezentu. Do materiału przytwierdzone są pływaki ze spienionego tworzywa. Zapora posiada balast złożony z odważników lub łańcucha. Na zaporę składają się poszczególne części łączone ze sobą łącznikami o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej.
Zapory kurtynowe wykonane są w postaci długiej rury wypornościowej, wyposażone w fartuch, do którego przytwierdzony jest metalowy balast. Rura wypornościowa wypełniona jest powietrzem lub spienionym tworzywem sztucznym.
Przed instalowaniem zapory koniecznie należy zmierzyć prędkość prądu w kilku miejscach przekroju cieku. Wystarczające są proste metody pomiarowe, polegające na pomiarze czas przepływu prawie całkowicie zanurzonego przedmiotu, odcinka cieku o znanej długości.
Sposób ustawienia zapory
Przy wyborze miejsca na lokalizowanie zapory należy brać pod uwagę takie czynniki jak:
głębokość akwenu
prędkość prądu cieku w całym przekroju
wygodny dojazd
możliwość rozwinięcia zaplecza akcji
obecność punktu zaczepienia końcówek zapór (drzewa, słupy)
możliwość zbudowania dodatkowego przyczółka dla rozstawiania w razie konieczności dodatkowych zapór
Stawienie jednej zapory z reguły jest niewystarczające. Zawsze pewna ilość zanieczyszczenia ucieknie pod zaporę lub poprzez nieszczelność. Trzeba być przygotowanym na ustawienie systemu składającego się z kilku wzajemnie uzupełniających się zapór. Na wąskich ciekach, o dużej prędkości prądu wodnego koniecznym staje się poszerzenie lub ewentualne wykonanie czasowej zapory wodnej. W takich warunkach przydatne okazują się przegrody „żebrowe”, złożone o szeregu elementów, ułatwiających wytrącanie się cząstek oleju i wypływanie ich na powierzchnię wody.
Zapory dla wód śródlądowych
Zapory stosowane na wodach śródlądowych w wielkich ilościach i różnych odmianach. Poza zaporami typu kurtynowego i parkanowego występuje duża ilość rozwiązań mieszanych. Zapory typu parkanowego mogą być znacznie szybciej rozstawione aniżeli zapory typu kurtynowego z pneumatycznymi komorami wypornościowymi, które do obsłużenia wymagają agregatu sprężarkowego, butli ze sprężonym powietrzem lub miecha. Wadę tę usunięto w zaporach kurtynowych, których rury wypornościowe zostały wypełnione spienionym, w miarę elastycznym tworzywem sztucznym. Mimo powyższej wagi i ceny, zapory typu parkanowego mają częstsze zastosowanie na wodach śródlądowych, aniżeli zapory kurtynowe.
Zapory ognioodporne
Nierzadko rozlewy olejów i chemikaliów połączone są z pożarami. Zapora wykonana z tworzywa sztucznego, palnego ulega w tych warunkach natychmiastowemu zniszczeniu, a powstające w wyniku jej spalania toksyczne dymy i gazy dodatkowo skażają atmosferę. Z tej przyczyny skonstruowano ze stopów metali lekkich zapory ognioodporne i odporne na działanie wysokich temperatur. Urządzenia te składają się z wykonanych z blachy aluminiowo-magnezowej, odpowiednio ukształtowanych pływaków, połączonych ze sobą łańcuchami i metalowymi siatkami. Są to konstrukcje wielosekcyjne. Każda sekcja ma długość 5 m i składa się z 4 pływaków. Zapory ognioodporne ulegają oddziaływaniu silnych prądów i falowaniu. Ruch pływaków w różnych płaszczyznach uszkadza połączenia.
5.Zapory sorpcyjne
Do likwidowania małych rozlewów olejowych i chemicznych na strumieniach, rzekach wykorzystywane są zapory sorpcyjne. Do ich wykonania używa się pływających materiałów naturalnych i syntetycznych, posiadających zdolności objętościowego lub powierzchniowego zatrzymywania olejów a także wielu chemikaliów. Materiały sorpcyjne w warunkach laboratoryjnych zdolne są do zatrzymywania nawet kilkudziesięciu gramów zanieczyszczeń na gram masy własnej. W warunkach terenowych wielkość ta jest na ogół wiele razy niższa. Zapory sorpcyjne w postaci walców niekiedy wyposażone są w balast. Można poprawić ich pływalność i przedłużać żywotność poprzez doczepianie pływaków.
Materiałem sorpcyjnym jest:
słoma, siano
trociny
torf
pianka poliuretanowa
włókna sztuczne
Zapory z włókien naturalnych wyciągane są z wody po 24 - 48 godzinach i po odcieknięciu spalane. Zapory z tworzywa sztucznego można wyciskać i ponownie używać. Do nadania właściwego kształtu zaporze służą siatki. Zapory sorpcyjne powinny służyć przede wszystkim do uszczelniania zapór fabrycznych, pełnić funkcje doczyszczające lub rezerwowe. Funkcje zasadnicze spełniają wówczas, gdy brak jest zapór fabrycznych. Często w czasie akcji ratowniczych zapory sorpcyjne wykonane są z materiałów podręcznych.
Przykład rękawa i poduszki sorpcyjnej
Rękawy natychmiast ograniczają miejsce wycieku. Poduszki mają dużą powierzchnię chłonioną i pochłaniają rozlane płyny w kilkanaście sekund. Wykonane są ze specjalnego typu polipropylenu. Odznaczają się dużą wydajnością pochłaniania. Do 20 razy ile same ważą.
6. Zapory powietrzno - wodne
Zasada działania zapory powietrzno - wodnej jest następująca: powietrze tłoczone poprzez perforowaną rurę ułożoną na dnie wypycha słup wody ku powierzchni i wraz z nim tworzy wał. Spływająca z niego woda tworzy barierę, która odpycha napływające plamy. Aby zapora spełniała określone zadania, masa wodna spływająca z wału musi być obdarzona energią zdolną przeciwstawić się energii napływającego zanieczyszczenia. Ilość niezbędnego do przetłoczenia powietrza uzależniona jest od żądanej wysokości słupa wody ponad rurą i długości tworzonej zapory parametry te narzucają ilość i średnicę otworów w rurze oraz wydatek kompresorów. Zapora tworzona w porze zimowej pozawala na utrzymanie akwenu w stanie niezamarźniętym. Zasadniczą wadą jest zarastanie otworów perforacji przez żyjątka wodne. Wymaga to okresowych przeglądów i konserwacji.
7. Zapory pływające improwizowane
Zapory improwizowane tworzone są z siatek drucianych, powiązanych beli, desek. Operowanie tego typu urządzeniami jest znacznie trudniejsze aniżeli zaporami fabrycznymi o znanych parametrach i sposobach zachowania się na wodzie. Z reguły wymaga znacznie liczniejszej obsługi i wykonania szeregu czynności przygotowawczych (zwózka drzewa, wiązanie i wodowanie bali, ich ustawienie, holowanie, kotwiczenie itp.).
8. Zapory siatkowo - sorbujące
Do zbudowania zapory potrzebna jest mocna siatka ocynkowana, słupy drewniane lub metalowe, narzędzia ciesielskie i pływające sorbenty. Zapory ustawia się na ciekach wodnych o szerokości nie przekraczających 50 metrów i szybkości prądu nie przekraczającej 0,5 - 0,6 m/s. Dobre oczyszczenie cieku wymaga ustawienia co najmniej dwóch zapór siatkowo-sorbujących w odległościach 10 - 15 metrów od siebie. Tworząc zaporę należy co 2,0 -2,5 metra wbić słup drewniany. Jeżeli jest to niewykonalne to sporządzane są odciągi linowe do brzegu, podtrzymujące siatkę na całej jej wysokości. Przed siatką umieszczany jest niezatapialny sorbent, który należy wymienić po nasyceniu zanieczyszczeniami.
Zapory siatkowe są przede wszystkim przydatne podczas likwidowania awarii połączonych z rozlewem niezbyt dużych ilości olejów lub innych, chemicznie zanieczyszczeń pływających. W sytuacji awaryjnej wystarczy wypełnić przestrzenie pomiędzy siatkami i naprzemiennie wymieniać sorbenty nasycone zanieczyszczeniami. Tego rodzaju zapory mają charakter powierzchniowych filtrów zanieczyszczeń.
Charakterystyka wybranych modeli zapór:
elastyczno - płaszczowe
WALBOOM - LITE BOOM
Zapora typu Lite Boom na zwijadle.
Przeznaczenie
Zapory stanowią typoszereg przeznaczony do użycia na powierzchniowych wodach śródlądowych. Model B, o najmniejszej wysokości płaszcza może być stosowany na wodach bardzo płytkich, np. na zamulonych jeziorach, w basenach portowych portów rzecznych, rozlewiskach i rzekach o prędkości przepływu do 0,4%. Małe zanurzenie ułatwia holowanie poszczególnych odcinków zapory tego rodzaju z wykorzystaniem typowych łodzi motorowych Pozostałe modele nadają się na spokojne wody otwarte (duże jeziora rozlewiska, zbiorniki wodne) o minimalnym falowaniu, jako osłona miejsc ekologicznie wrażliwych. W przypadku stosowania na rzekach nie jest wskazane przekraczanie prędkości nurtu 0,2m/s. Występują wtedy duże trudności z uzyskaniem właściwego ustawienia. Nadają się bardzo dobrze do budowy tzw. Zbiorników wodnych, np. na zbierany olej. Polega to na ustawieniu zapory, by jej płaszcz wyznaczał na wodzie zamkniętą przestrzeń, którą napełnia się olejem.
Budowa i zasada działania
W płaszczu znajdują się kieszenie, w których umieszczone są prostopadłościenne pływaki z lekkich syntetyków. Dolna część płaszcza uformowana jest tak, by utworzyć na całej długości odcinka kieszeń na łańcuch balastowy. Łańcuch jest związany jest z płaszczem zapory szeklami Jego końce wystają poza obrys płaszcza tak, by możliwie było łączenie kolejnych odcinków łańcucha szeklami. Łańcuch jest ważnym elementem konstrukcyjnym, nadającym zaporze wytrzymałość na rozwijanie. Krańcowe, pionowe krawędzie zapory zawierają sztywny pręt, który w czasie łączenia sąsiednich odcinków zapory umożliwia nasuniecie łącznika .Zapora typu Lite Boom umieszczona na zwijadle, umożliwia przetaczanie po równym podłożu (beton, asfalt ) w celu dogodnego ustawienia wodowaniem.
Kwadrus QS - 50 (70)
Przeznaczenie
Zapory QS stanowią typoszereg przeznaczony do użycia na powierzchniowych wodach śródlądowych. Oba modele mogą być stosowane na wodach o głębokości minimalnej ok. 1,0 - 1,5 m tj. np. w basenach portowych portów rzecznych, rozlewiskach i rzekach o prędkości przepływu do 0,2 m/s. Duże zanurzenie utrudnia holowanie poszczególnych odcinków zapory tego rodzaju przez typowe łodzie motorowe. Zapory typu QS nadają się bardzo dobrze do budowy zbiorników wodnych, np. na zbierany olej Polega to takim ustawieniu zapory, jej płaszcz wyznaczał na wodzie zamknięta przestrzeń do napełniania zbieranym olejem.
Budowa i zasada działania
Płaszcz zapory w swej górnej i dolnej części jest przeszywany wzdłuż całego jej odcinkach. Szwy są również poprowadzone prostopadle do dłuższego boku zapory w równych odległościach w celu utworzenia kilkunastu kieszeni przeznaczonych do umieszczania pływaków. W dolnej części płaszcza wykonana jest wzdłuż kieszeń przeznaczona do umieszczenia łańcuch balastowego Końce łańcucha są przynitowane do płaszcza zapory. Kolejne odcinki zapory łączy się stalowymi okuciami, zaś łańcuch balastowy szeklami.
elastyczno - pneumatyczne
VIKOMA SENTINTEL
Przeznaczenie
Typoszereg składający się z zapór o wysokości całkowitej od 400 do 1500 mm przeznaczony do ograniczenia rozlewów substancji flotujących głównie na wodach otwartych ( zbiorniki, jeziora, zalewy, morze).Ze względu na zanurzenie żadna z zapór Sentintel nie nadaje się do skierowania zanieczyszczeń do brzegu, jeśli głębokość wody w jego sąsiedztwie jest mniejsza niż zanurzenie zapory od 0,5 do 1,5 m .Odmiany konstrukcyjne o mniejszych wysokościach płaszcza ( 400 i 500 mm ) mogą być wykorzystywane na wodach śródlądowych o minimalnym falowaniu, zaś pozostałe (600, 750, 1100 i 1500 mm) są efektywne na otwartym morzu przy falowaniu do ok. 2°B.
Budowa i zasada działania
Budowę zapory pokazano na schemacie. Wolna burta utworzona jest z pneumatycznego pływaka, do którego przymocowany jest luźno zwisający płaszcz, obciążony liną stalową. Ze względu na swa budowę, pływak zapory dobrze dostosowuje się do kształtu fal o dużej długości (morskich). Wyporność zapory uzyskiwana jest poprzez napełnienie pływaków powietrzem. Nadaje to konstrukcji elastyczność, stwarza jednak ryzyko zatonięcia całego odcinka wskutek perforacji pływaka. Sąsiednie odcinki zapory mogą być szybko łączone patentowymi okuciami.
Inne informacje
Zamieszczone zdjęcia pokazują wnętrze kontenera z dwoma zwijadłami i agregatem sprężarkowym (1), zwijadło na pokładzie jednostki plywającej (2), okucia krańcowe (3 i 4), końcówki do napełniania zapory powietrzem (5) oraz przewód powietrzny napełniający sąsiednie odcinki zapory (6).
TRELLBOOM SEA BOOM
Przeznaczenie
Zapora przeznaczona jest do użycia na akwenach głębokowodnych, przede wszystkim morskich (również zatoki duże jeziora ). Zaleca się stosowanie zapory do prowadzenia akcji biernych, tj. zakotwiczenia jej w odpowiedni sposób. Użycie aktywne, tj. ograniczenie rozprzestrzeniania się substancji flotujących poprzez odpowiednie przeholowania wymaga jednostek pływających o dużym uciągu, których jest mało w Polsce.
Budowa i zasada działania
Zapora zbudowana jest z elastycznego pływaka, który uzyskuje pływalność po napełnieniu sprężonym powietrzem. Do dolnej części pływaka zamocowany jest płaszcz zaporowy obciążony galwanizowanym łańcuchem. Jest on umieszczony we wzmocnionej kieszeni, wykonanej z materiału zapory. Poszczególne odcinki zapory łączone są patentowymi stalowymi łącznikami. Wydawanie zapory do wody oraz jej wyciąganie odbywa się przy użyciu zwijadła z napędem hydraulicznym. W czasie zwijania trwa usuwanie powietrza z pływaków. Uniemożliwia to dwa wysokowydajne zawory spustowe umieszczone na pływaku każdego odcinka zapory. Dzięki wysokiemu stopowi mechanizacji możliwie jest szybki wodowanie zapory (ok. 40 minut).
zapora sztywno - pomostowa
OIKOS S - 1
Przeznaczenie
Dwupływakowa zapora sztywna przeznaczona jest głownie do zatrzymywania i skierowania do brzegu substancji flotujących spływających z nurtem rzecznym. Działa skutecznie do prędkości nurtu dochodzących do 1 m/s. Wynika to z unikalnej, pomostowej budowie zapory w nurcie nie wymaga sprzętu pływającego. Bardzo skuteczna przy osłonie ujęć wody. Dodatkowym walorem jest możliwość wykorzystania zapory dla potrzeb ratownictwa technicznego, głównie ze względu na duża nośność.
Budowa i zasada działania
Na rysunku pokazano główne elementy konstrukcyjne zapory, wraz ze sposobem obrotowego mocowania jej do brzegu. Pomost komunikacyjny przymocowany jest do dwóch pływaków. Jest on wykonany z profili stalowych i sklejki wodoodpornej. Integralną cześć pomostu stanowią uchwyty na odciągi, złącza miedzy segmentowe oraz mocowania stójek asekuracyjnych. Pływaki zbudowane są profili stalowych i styropianu znajdujących się w komorze z elastycznymi tworzywa sztucznego, odpornego na olej i chemikalia. Napływające zanieczyszczenia (np. olej ) jest zatrzymywane przez burty dwóch pływaków oraz powierzchniowe oddziaływania hydrodynamiczne generowane przez elementy konstrukcyjne zapory.
zapora sztywno - płaszczowa
KWADRUS QA 50
Przeznaczenie
Zapora QA 50 przeznaczona jest do użycia na śródlądowych, wolnopłynących lub stojących wodach powierzchniowych.. Można ją stosować jaką długotrwałą osłonę niewielkiej rzeki lub kanału przed potencjalnym skażeniem ze znanego źródła. Może również stanowić stałe zabezpieczenie przed awaryjnym zrzutem substancji flotujących z kanalizacji ściekowej lub jako osłona ujęć wody
Budowa i zasada działania
Zapora zbudowana jest z segmentów wykonywanych z materiałów nadających konstrukcji wyporność Zapora złożona z większej ilości segmentów zachowuje stabilność na wodzie spokojnej, gdy zanurzoną cześć płaszcza działają niewielkie siły. Korzystne jest ustawienie zapory w łuk, co staje się mniej podatna na działające momenty obrotowe.
zastawki
ZASTAWKA Z - 1
Przeznaczenie
Zastawka Z - 1 zapobiega rozprzestrzenianiu się oleju wzdłuż cieków o szerokości ok. 3 - 4 m (rowów melioracyjnych ). Zapewnia ciągły przepływ wody specjalnie ukształtowanym syfonem, zatrzymując jednocześnie powierzchniową warstwę oleju. Jest konstrukcja bezdozorową, zachowująca wysoka skuteczność zatrzymywania nawet w przypadku silnych wahań poziomu wody w cieku, np. wskutek opadów lub łączenia się do pracy pompy w systemie melioracyjnym
Budowa i zasada działania
Płyta zastawki przegradza ciek i zatrzymuje przepływ powierzchniowej warstwy wody wraz z pokrywającym ją olejem. W dolnej części płyty znajduje się otwór przepustowy zapobiegający spiętrzaniu się przepływającej wody. Ponieważ w przypadku małych cieków ( a w szczególności rowów melioracyjnych ), może nastąpić nieoczekiwana zmiana poziomu wody, mogłoby dojść do ucieczki zatrzymanego oleju. Przeciwdziała temu syfonowy przepust utworzony przez dwie odpowiednio zamocowane kieszenie. Działa on bezdozorowo, zarówno przy podnoszeniu się poziomu wody, jak i przy obniżaniu. Elementy konstrukcyjne zastawki widać na zdjęciu.
2. Zastosowanie praktyczne zapór
na rzekach
Najlepsze zapory dające maksimum efektów, to zapory typu parkanowego. Są to zapory sztywne, zbudowane z dwóch równoległych kadłubów oddalonych od siebie o ok. 1,5 do 2m przykryte z góry pomostem, który jest jednocześnie drogą komunikacyjną. Tego typu zaporami można przegradzać rzekę nawet o silnym prądzie bez obawy o jej zniszczenie lub niewłaściwe działanie. W przypadku stosowania zapór elastycznych należy je ustawiać pod kątem w kierunku prądu od linii brzegowej. Kąt zawarty pomiędzy zaporą , a linią brzegu winien być tym mniejszy, im prąd jest silniejszy. Przy rzekach szerokich stosuje się zestawy tego typu zapór ukierunkowujących spływ plamy do brzegu i tam jej likwidację.
na akwenach morskich i jeziorach
Podstawową formą jest zapora w kształcie litery „U”, która może być holowana przez dwie jednostki pływające, przy czym odległość pomiędzy dwoma jednostkami holującymi nie powinna być większa niż 0,5 0,7 długości holowanej zapory. W takiej sytuacji można również wykorzystać trzecią jednostkę ze zbieraczem, która będzie odpompowywała „z dna” zapory zagęszczoną plamę. W przypadku stacjonarnego ustawienia zapory należy za pomocą odciągów zakotwiczyć ją, nadając odpowiedni kształt ustawienia. Ustawienie w formie litery „J” może zostać zastosowane przy dysponowaniu dwoma jednostkami pływającymi.
Bibliografia:
Ministerstwo Transportu, Morski Zespół Kontroli Zanieczyszczeń Suthampton - Wielka Brytania, Główny Inspektorat Ochrony Środowiska -
„ Oczyszczanie wybrzeża z rozlewów olejowych - przewodnik ” Warszawa 1999r.
Główny Inspektorat Ochrony Środowiska - „Katalog urządzeń i sprzętu dla różnych zdarzeń i nadzwyczajnych zagrożeń środowiska ”
Warszawa , luty 2000r.
Marek Małaczyński - „ Nadzwyczajne zagrożenia środowiska. Cz. I - Zagrożenie środowiska rozlewami olejowymi ” - Podręcznik ratownictwa ekologicznego , Kraków 1994r.
Strony internetowe poświęcone rozpatrywanej tematyce:
14