مقاله بررسی اثرات زیست محیطی فومهای آتش نشانی مصرفی در صنعت نفت

بخشی از مقاله

بررسی اثرات زیست محیطی فومهاي آتش نشانی مصرفی در صنعت نفت

چکیده:

امـروزه اسـتفاده از فـومهـاي اطفـاء حریـق در سراسـر جهـان رو بـه افـزایش اسـت. ایـن مـواد از اثـربخش تـرین عوامل بازدارنده، فرونشاننده و اطفاء کننـدهي حریـقهـاي ترکیبـات نفتـی قابـل اشـتعال محسـوب مـیشـوند. بـا توجه به استفاده از حلالها و مـواد فعـالکننـده سـطحی در سـاختار فـوم ، بررسـی اثـرات زیسـت محیطـی ایـن ترکیبات امـري ضـروري و اجتنـابناپـذیر مـیباشـد. از جملـه چـالشهـاي زیسـتمحیطـی فـومهـا، تخلیـه بـه محـیط پذیرنـده شـامل: شـبکه جمـعآوري فاضـلابهـاي صـنعتی، بهداشـتی، کانـالهـاي جمـعآوري آبهـاي سطحی و به عبارتی منـابع آب و خـاك، در اثـر مصـرف، ریخـت و پـاش اتفـاقی و یـا معـدوم کـردن فـوم تغلـیظ شده به دلیل سرآمدن تاریخ مصرف مـیباشـد. در انتخـاب فـومهـاي آتـشنشـانی عـلاوه بـر ویژگـیهـاي سـرعت انتشــار و پوشــش، مقاومــت گرمــائی، مقاومــت در برابــر مــواد ســوختی، قــدرت فرونشــاندن بخــارات و مقاومــت الکلی، میبایسـت اجـزاء سـازنده، سـاختار شـیمیائی و جنبـه هـاي زیسـت محیطـی، و انطبـاق آنهـا بـا قـوانین هواي پـاك، آب پـاك، قـانون کنتـرل آلـودگیهـاي نفتـی و کنتـرل مـواد خطرنـاك مـورد توجـه قـرار گیـرد. در

راستاي بررسی اثـرات زیسـت محیطـی فـوم، پارامترهـایی چـون، میـزان تشـکیل کـف، سـمیت در آب، اکسـیژن خـواهی شـیمیائی، اکسـیژن مـورد نیـاز زیسـتی و تجزیـه پـذیري طبیعـی، در ایـن پـژوهش بـه تفصـیل مـورد بحـث قـرار خواهنـد گرفـت. سـپس اسـتانداردهاي جهـانی در مـوارد مختلـف آب، هـوا و پسـماند در مـورد فـوم-

هاي آتش نشـانی معرفـی مـیگردنـد. یافتـههـاي ایـن تحقیـق بیـانگر آن اسـت کـه اثـرات اسـتفاده از فـومهـاي آتـش نشـانی در صـنایع نفـت بـر روي پسـاب صـنعتی خروجـی قابــل مشـاهده اسـت. کـه ایـن امـر مـی توانـد اثــرات مخربــی را بــر روي محــیط زیســت پذیرنــدهي ایــن پســاب تحمیــل نمایــد. در پایــان راهکارهــایی در زمینهي تهیـه، نگهـداري و اسـتفاده از فـومهـاي آتـش نشـانی بـراي حـداقل سـاختن اثـرات مخـرب اسـتفاده از آن بر محیطزیست ارائه خواهد شد.

کلید واژهها: فومهاي آتش نشانی، حریق، محیط زیست، پساب صنعتی، آلایندهها، .HSE

-1 مقدمه

آب از دیر باز تا کنون به عنـوان ارزانتـرین، دردسـترستـرین و در عـین حـال بـه لحـاظ زیسـت محیطـی سـالم تـرین عامـل در میان عوامـل اطفـاء حریـق بـه شـمار مـی رود. بـا ایـن وجـود اسـتفاده از آب بـه عنـوان مـاده خـاموش کننـده در آتـش سـوزي مواد نفتی نه تنها بـی تـأثیر اسـت بلکـه مـی توانـد بسـیار خطرنـاك باشـد. سـاخت و توسـعه فـوم هـاي آتـش نشـانی در حریـق مواد نفتی تحولی بزرگ در عرصه اطفاء حریق محسوب میشود.

در اواخـر قـرن هجـدهم بـراي اولـین بـار روشـی بـراي اطفـاء حریـق مایعـات قابــل اشـتعال بـه روش خفـه کـردن توسـط فـوم ابداع گردید. این فوم اولیه مخلـوطی از دو نـوع پـودر و آب بـود و از آن جـا کـه ایـن فـوم توسـط یـک واکـنش شـیمیایی تولیـد می گردید، فوم شـیمیایی نامیـده شـد. فـوم شـیمیایی محلـولی پایـدار از حبـاب هـاي کوچـک شـامل کـربن دي اکسـید بـوده و سبک تر از مایع در حال سوختن می باشد ایـن خاصـیت سـبب مـیشـود ایـن مـاده آزادانـه بـر روي سـطح مـایع جریـان یافتـه و بــا جلــوگیري از رســیدن اکســیژن موجـب خـاموش شــدن آتــش گــردد. در دهـه 1940، پرســی لاون ژولــین نــوع جدیــدي از فوم به نام اروفوم1 را به روشی مکـانیکی تولیـد نمـود. نسـبت انبسـاط مناسـب و سـهولت اسـتفاده از ایـن نـوع فـوم طـی مـدت کوتــاهی باعــث رواج آن گردیــد. در دهــه 1960، National Foam Inc. فــوم فلوئــوروپروتئین را توســعه داد. ایــن فــوم بــه لحـاظ پایـداري، سـرعت پخـش شـدن و اطفـاء حریـق عملکـردي فـوقالعـاده داشـت. در اواسـط دهـه 1960، نیـروي دریـایی آمریکا فـوم AFFF2 را ابـداع نمـود. ایـن فـوم سـنتز شـده خواصـی چـون ویسـکوزیته پـایین و پخـششـوندگی سـریع بـر روي سـطح مشـتعل را دارا مـی باشـد. فـیلم آب تشـکیل شـده بـر روي بخـش تحتـانی ایـن فـوم موجـب سـرد شـدن مـاده قابـل اشتعال شده و مانع از تشکیل بخارات قابل اشتعال خواهد شد.

شکل :1 مکانیسم اطفاء حریق فومهاي آتشنشانی [1]

در این مطالعه به معرفی پارامترهایی چون، میزان تشکیل کف، سمیت در آب، اکسیژن خواهی شیمیائی، اکسیژن مورد نیاز زیستی و تجزیه پذیري طبیعی پرداخته است. سپس استانداردهاي جهانی زیست محیطی در زمینه هاي مختلف آب، خاك و پسماند معرفی گردیده و این استانداردها به صورت موردي در مورد فومهاي آتش نشانی مورد بررسی قرار خواهند گرفت. سپس نموداري در زمینهي اصول نگهداري و استفاده از فومها و استانداردهاي موجود در تمامی مراحل ارائه شده است.

-2 فومهاي آتشنشانی و محیط زیست

بر اساس قوانین زیست محیطی هیچ نوع حلال و یا ماده فعال کنندهي سطحی وجود ندارد که بتوان آن را دوستدار محیط زیست نامید. در بسیاري از کشورهاي جهان این قوانین محیط زیست است، که چرخه ي حیات فوم هاي آتش نشانی را تعیین می کند. امـا ممکن است در بعضی از آنها قواعد شدیدتر و در بعضی دیگر کم رنـگ تـر باشـد. حـلال هـاي مـورد اسـتفاده در تمـامی فـوم هـاي آتشنشانی بوتیل کاربیتل (Butyl Carbitel) و پروپیلن گلیکـول (Propylene Glycol) اسـت کـه هـر دوي آنهـا از درجـه ي اکسی ژن خواهی بالایی برخوردارند و به همین دلیل، سمیت بالایی را در آب ایجاد خواهند کرد و در صورت رهـا شـدن در آبهـاي سطحی می تواند منجر به مرگ آبزیان شوند. مواد فعال سطحی که عامل تشکیل کف بر روي سطح آب هسـتند مـی تواننـد باعـث اختلال در فرآیند تصفیه فاضلابها، و همچنین با حل نمودن چربی پر پرندگان، عامل مرگ آنها شوند.

در حالت کلی اثرات زیست محیطی فوم ها بر محیط رها شدهي خود، را میتوان به دو دستهي اثـرات کوتـاه مـدت و اثـرات بلنـد مـدت تقسیمبندي نمود. این اثرات میتوانند شامل مراحل زیر باشند:

-1 آلوده کردن آبهاي سطحی و غیرقابل سکونت کردن محل زندگی موجودات آبی به طور موقتی. -2 آلوده کردن آبهاي زیرزمینی به صورتی که نیاز باشد قبل از شرب آن را تصفیه و رفع آلودگی کرد.

-3 مختل نمودن فرآیند تصفیهي فاضلاب به دلیل آنکه سطح آب توسط آلودگی سنگینی پوشیده میشود.

برخی از خواص فوم هاي آتش نشانی باید تحت نظارت و پایش دائم قوانین محیط زیست قرار گیرد. از جمله این خواص میتـوان بـه میزان تشکیل کف،سمیت، میزان اکسیژن خواهی، تجزیه پذیري طبیعی و امولسیون سازي چربی ها و روغن ها اشاره کرد. در ادامه به تفصیل به بررسی هر یک از این خواص پرداخته خواهد شد.

-1-2 تشکیل کف1

فومهاي آتشنشانی متشکل از مواد فعال سطحی هستند و ساختمان شیمیایی آنها را موادي همچون فلورکربنها، هیدروکربنهاي سنتزي و پروتئین ها تشکیل داده اند. مواد فعال سطحی مورد استفاده در فوم هاي آتشنشانی بسیار پایدار هستند. بنابراین فوم پس از آن که به هم زده میشود تا تولید حباب کند، مدت زمانی به صورت دست نخورده در طبیعت باقی خواهد ماند، و فرآیند تبادل اکسیژن محوطه پوشش داده شده را مختل خواهد کردعموماً. اثرات نامطلوب زیست محیطی کف غیر مستقیم قلمداد می-

شود. زمانی که فوم هاي آتشنشانی وارد جریان آبهاي بهداشتی یا فاضلاب میشوند، میتوانند عملیات تصفیه و انتقال آب را مختل کرده و عامل تخلیه و یا تجمع فاضلاب شوند. تشکیل فوم همچنین میتواند باعث ایجاد اختلال در سکونت آبزیان گردد.[2]

-2-2 سمیت در آب1

اثرات نامطلوب فومهاي آتش نشانی بیشتر براي گیاهان و حیواناتی مطرح است که در آب زندگی می کنند. مسیرهاي ورود سم به بدن موجودات زندهعموماً از طریق سیستم تنفسی و گـوارشی آنها انجام میپذیرد. به این نوعسمیت،سمیت آبی گفته میشود.

میست آب یک شاخص اندازهگیري است که میـزانسمیت شیمیایی و یا تـرکیبی ماده مورد نظر را مشخص میکند. این انـدازهگیري با تستهاي متفاوتی براي تعیینسمیت حاد (کوتاه مدت) و مزمن (بلند مدت) مورد استفاده قرار میگیرد و با متوسط غلظت اثر بخشی یا EC502 و متوسط غلظت کشنده یاLC50 3 و چند عامل دیگر تعیین میشود.[2]

میزانسمیت مواد را میتوان براي تعیین پتانسیل اثراتی که از خود بر جاي خواهند گذاشت مورد استفاده قرار داد. بدین منظور، چندین مقیاس مختلف وجود دارد که یک نمونه از آن مقیاس حفاظت از ماهیها و حیات وحش یا FWS 4 است؛ که در جدول شماره یک خلاصهاي از آن نمایش داده شده است.

جدول شماره -1 میزان سمیت مواد بر اساس مقیاس ] FWS٢[

اساس طراحی فوم هاي آتش نشانی بر این اصل استوار است که، قبل از تبدیل به فوم نهایی باید با مقادیر زیادي آب ترکیـب شـوند.

بدین ترتیب فوم باید در حالت تغلیظ شده در دامنه مواد غیرسمی یا با درجه سمیت خیلی کم باشد، اما در زمـان ترکیـب بـا آب و رقیق شدن در دسته موادنسبتاً بی ضرر قرار گیردعموماً،. میزان سمیت فوم هاي آتش نشانی را براي محلول فوم، حالت تغلیظ شـده و اجزاء تشکیل دهنده آن تعیین میکنند و به همین علت آزمایشهاي سمیت آب توسط میکروارگانیسمهاي مختلفـی کـه چرخـه غذایی شان از فوم تأمین می شود انجام می پذیرد. این میکروارگانیسم می توانند شامل موجودات زنده مختلفی از جمله جلبـکهـا5

(به عنوان اولین مصرف کننده در چرخهي مواد)، جانواران پیشزي6 (به عنوان موجودات تک سلولی و دومین مصرفکننده) و دیگـر میکروارگانیسم و جانوران که در چرخهي مواد فوم آتشنشانی مورد استفاده قرار میگیرند، باشند.[2]

LC50 براي فوم هاي آتش نشانی شامل آن مقدار غلظت کشنده اي از ترکیبات تشکیل دهنده ي فوم است که بتواند در مـدت زمـان معینی، مرگ پنجاه درصد از آبزیانمثلاً( ماهی) موجود در یک پاتیل مـورد آزمـایش را بـه دنبـال داشـته باشـد. متوسـط غلظـت اثربخش (EC50) در آبی که به فوم آتش نشانی آلوده شده است؛ عبارت است از اثراتی که در یک پاتیل براي پنجاه درصد حیوانـات تحت آزمایش به وجود آید تا به دنبال آن این اثرات بتوانند عامل توقف حرکت آبزیان و یا ممانعت از رشد و نمو جلبک هاي بوتـهي آزمایش شود. بیشتر بودن مقادیر EC50 و LC50 نشان دهنده ي آن است که فوم از درجـه ي سـمیت کمتـري برخـوردار اسـت. (شکل هاي شماره 2 و.(3

سمیترین نوع فومهاي آتشنشانی AFFF هستند. اما در مقابل فوم هاي پروتئینی از حداقل درجه ي سمیت برخوردار میباشند.

فومهاي پروتئینی از جمله FFFP حداقل سمیت را دارند. درجه ي سمیت فوم براي میکروارگانیسم از عدد 9 براي ماهیها تا 40

براي سختتنان ردهبندي میشود.

-3-2 تجزیه پذیري طبیعی فومهاي آتشنشانی

تجزیهپذیري فوم هاي آتشنشانی عبارت است از میزان مقاومتی که ملکولهاي تشکیل دهنده ترکیبات فوم در برابر شکسته شدن توسط میکروارگانیسم طبیعی از خود نشان می دهند. میکروارگانیسمها اغلب باکتريهایی هستند که فوم را می بلعند و در فرآیندي که اکسیژن مصرف میکند باعث حل شدن ترکیبات فوم در آب آن محوطه می شوند. تجزیهپذیري توسط دو روش مختلف و با مقایسه نتایج به دست آمده از آنها انجام می پذیرد، این دو روش BOD و COD نام دارد. شکل شماره 4 براي مقایسه تجزیهپذیري انواع فومهاي تغلیظ شده ارائه شده است.[2]

شکل شماره -4 نرخ تجزیهپذیري طبیعی فومهاي تغلیظ شده آتشنشانی رایج [2]

-4-2 اکسیژن خواهی فومهاي آتشنشانی

به مقدار اکسیژنی که نیاز است تا از طریق بیولوژیکی ترکیبات آلی را به حالت پایدار تبدیل کند، اکسیژن خواهی بیوشیمیایی یا BOD1 گویند. و در صورتی که این مقدار اکسیژن براي مصارف شیمیایی ماده مورد نظر مورد استفاده قرار گیرد، اکسیژن خواهی شیمیایی یا COD2 میگویند. مقدار اکسیژن خواهی بیوشیمیایی بیست روزه (20-day BOD) را به عنوان حد نهایی

BOD مورد شناسایی و ارزیابی قرار میدهند؛ زیرا بیشتر پسماندها طی بیست روز به طور کامل به چرخه مواد باز خواهند یافت.
اما در مورد فومهاي آتشنشانی ممکن است میزان اکسیژن خواهی بیولوژیکی، نیاز به یک دوره 28 تا 30 روزه داشته باشد .[3]