Ô nhiễm môi trường do sự cố tràn dầu

Bởi vì đặc điểm dầu là một chất phức tạp, là chất hữu cơ cao phân tử nên khi xảy ra sự cố tràn dầu thì sẽ tác động làm ảnh hưởngđến môi trường trong một thời gian dài và rất khó xử lý..

I. Đặt vấn đề

Dầu mỏ (được gọi là “vàng đen” của Trái Đất”) là nguồn tài nguyên đang được khaithác rộng khắp trên toàn thế giới, là một trong những nhiên liệu quan trọng nhất của xãhội hiện đại để sản xuất điện, là nhiên liệu của tất cả phương tiện giao thông vận tải vàđược dùng để sản xuất chất dẻo (plastic) và nhiều sản phẩm khác

Bên cạnh những lợi ích kinh tế như vậy thì quá trình khai thác và vận chuyển dầu mỏcũng là hoạt động gây ra ô nhiễm môi trường Bởi vì đặc điểm dầu là một chất phức tạp,

là chất hữu cơ cao phân tử nên khi xảy ra sự cố tràn dầu thì sẽ tác động làm ảnh hưởngđến môi trường trong một thời gian dài và rất khó xử lý Các hiện tượng tràn dầu, rò rỉ dầugây nên tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường, như làm hủy hoại hệ sinh tháiđộng thực vật, gây ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống con người

Hiện nay, vấn đề tràn dầu đang được quan tâm trên toàn cầu Việc tìm ra hướng xử lý

và khắc phục sự cố rất cần thiết, một mặt tránh gây lãng phí trong thời điểm nguồn tàinguyên này đang bị cạn kiệt và quan trọng tránh gây tổn hại môi trường Để làm đượcđiều đó, chúng ta cũng nên có cái nhìn tổng quan về các vấn đề môi trường khi xảy ra các

sự cố tràn dầu

Đó cũng là lý do để tôi nghiên cứu vấn đề “Ô nhiễm môi trường do sự cố tràn dầu”

II Hiện trạng của sự cố tràn dầu

2.1 Khái niệm tràn dầu

Tràn dầu là sự giải phóng hydrocarbon dầu mỏ lỏng vào môi trường do các hoạt động của con người và gây ra ô nhiễm môi trường Thuật ngữ này thường đề cập đến các vụ dầu tràn xảy ra trong môi trường biển hoặc sông Dầu có thể bao gồm nhiều loại khác nhau từ dầu thô, các sản phẩm lọc dầu (như xăng hoặc dầu diesel), bồn chứa dầu của các tàu, dầu thải hoặc chất thải dính dầu Việc phát tán hoặc thậm chí hàng năm để có thể dọn sạch

Dầu cũng được giải phóng vào môi trường do rò rỉ tự nhiên từ các cấu trúc địa chấtchứa dầu dưới đáy biển Hầu hết các vụ ô nhiễm dầu do con người đều từ hoạt động trên mặt đất, nhưng các vấn đề nổi trội đặc biệt hướng về các hoạt động vận chuyển dầu trên biển Theo thông tư của bộ KHCN và MT số 2262/TT-MTG ngày 29/12/1995: Tràn dầu

là hiện tượng xảy ra trong các hoạt động tìm kiếm, thăm dò, khai thác, vận chuyển, chế biến, phân phối, tang trữ dầu khí và các sản phẩm của chúng Ví dụ, các hiện tượng rò rỉ, phụt dầu, mở đường ống, mở bể chứa, tai nạn đâm và gây thủng tàu, đắm tàu, sự cố tại cácgiàn khoan dấu khí, cơ sở lọc dầu… làm cho dầu và sản phẩm dầu thoát ra ngoài gây ô nhiêm môi trường ảnh hưởng xấu đến sinh thái và thiệt hại đến các hoạt động kinh tế, đặc biệt là các hoạt động có liên quan đến khai thác và sử dụng các tài nguyên thủy sản Số lượng dầu tràn ra tự nhiên khoảng vài trăm lít trở lên có thể coi là tràn dầu

Hình 1: Vụ tràn dầu tại khoan dầu Transocean Deepwater Horizon

2.2 Tổng quan tràn dầu

2.2.1 Trên Thế Giới

Tính từ năm 1976 đến nay trên thế giới đã xảy ra nhiều vụ tràn dầu lớn, gây thiệthại nặng nề tới môi trường biển cũng như gây thiệt hại về kinh tế cho con người cũngnhư là một thảm hoạ môi trường khi xảy ra nạn tràn dầu

- 15/12/1976,vịnh Buzzards,bang Mass

achusetts, Mỹ:Tàu Argo Merchant va vào đất liền và vỡ tại đảo Nantucket,làm tràn 7,7 triệu gallon dầu

- 16/3/1978, biển Portsall, Pháp: Siêu tàu chở dầu Amoco Cadiz làm tràn 68triệu gallon.Đây là thảm họa tàu chở dầu lớn nhất thế giới

- 3/6/1979, vịnh Mexico: Giếng dầu thăm dò Ixtoc 1 bị vỡ, tràn ra khoảng 140triệu gallon dầu thô ra biển Tuy vậy, ảnh hưởng về mặt môi trường của vụ nàykhông lớn lắm

- 1/11/1979, vịnh Mexico: khoảng 2,6 triệu gallon dầu tràn ra biển khi tàuBurmah Agate va chạm với tàu chở hàng Mimosa

- 23/3/1989, chiếc tàu chở dầu Exxon Valdez rời cảng dầu Valdez, Alaska(Mỹ), mang theo 200 triệu lít dầu thô tới Long Beach, California Con tàu này đãvướng vào dải san hô Bligh, làm khoảng 40 triệu lít dầu thô đã tràn ra vùng eo biểnnguyên sơ Prince William, gây nên thảm họa môi trường lớn nhất trong lịch sử nướcMỹ

- 19/12/1989, biển Las Palmas, đảo Canary: Nổ siêu tàu chở dầu của IranKharg-5, làm tràn 19 triệu gallon dầu thô ra biển Đại Tây Dương

- 8/6/1990, biển Galveston, Texas, Mỹ: Tàu mega Borg khiến 5,1 triệu gallondầu tràn ra biển sau khi xảy ra một vụ nổ trong phòng bơm

- 25/1/1991, nam Kuwait: Trong chiến tranh vùng Vịnh, Iraq cố tình bơmkhoảng 460 triệu gallon dầu thô vào Vịnh Ba Tư

- 10/8/1993, vịnh Tampa: Xà lan Bouchard B155, tàu chở hàng Balsa 37 và

xà lan Ocean 255 va vào nhau, làm tràn khoảng 336 gallon dầu

- 8/9/1994, Nga: Đập chứa dầu bị vỡ, làm tràn dầu vào phụ lưu sông Kolva.

Bộ Năng lượng Mỹ ước tính vụ này làm tràn khoảng 300 triệu lít dầu, trong khi Ngachỉ thừa nhận có 15 triệu lít

- 15/2/1996, biển xứ Wales: Siêu tàu chở dầu Sea Empress va vào đất liền tạivịnh Milford Haven, làm tràn 70 triệu lít dầu thô

- 12/2/1999, bờ biển Đại Tây Dương thuộc Pháp: Tàu chở dầu Erika bị vỡ vàchìm ngoài khơi Britanny, làm tràn 3 triệu gallon dầu nặng

- 18/2/2000, ngoài khơi Rio de Janeiro, Brazil: Đường ống dẫn dầu bị vỡ, làmtràn 343,200 gallon dầu nặng vào vịnh Guanabara

- 23/3/2001, tại Brazil: Giàn khoan nổi lớn nhất thế giới đã chìm xuống biểngây ra những vụ dầu tràn rất to lớn

- Vào tháng 11/2002, một con tàu chở dầu của Liberia mang tên Prestige đã

vỡ đôi và chìm, làm tràn 64.000 tấn dầu ra biển Đại Tây Dương

- Vào 11/11/2007 một con tàu chở dầu của Nga đã bị sóng đập tan ra từngmảnh, làm tràn 1.300 tấn dầu ra Biển Đen

- Vào ngày 20/04/2010: một vụ nổ lớn đã làm rung chuyển dàn khoan dầuTransocean Deepwater Horizon cách 50 dặm ngoài khơi Louisiana, có khoảng200.000 gallons (757.082 lít) dầu thô tràn ra vịnh Mexico mỗi ngày và dự tính tìnhtrạng này vẫn còn tiếp diễn trong suốt 1 tháng bên cạnh rất nhiều biên pháp ngăn dầu

- Tàu trở dầu Transco 01 (Hải Phòng) đâm vào tàu container Uni Humannity(Đài Loan) ở ngã ba Tắc Rối, ngày 8-5-1994 làm tràn khoảng 130 tấn dầu FO, gây

ô nhiễm khoảng 200km2

- Ngày 8-2-1995, tại mỏ Đại Hùng, 15,37m3 dầu thô bị tràn ra biển do đứtống dẫn từ tàu chở dầu tới phao nổi.

- Vụ tràn dầu trên sông Cần Giờ ngày 8-5-1994 do tàu container đâm vào tàuchở dầu làm tràn 130 tấn dầu FO, gây ô nhiễm hơn 40km2 mặt nước

- Vụ tràn dầu trên sông Cái Bè ngày 15-2-1995 làm ô nhiễm sông với hơn10.000 lít dầu diezen không được thu hồi

- Vụ tràn dầu 2 ở Cát Lại ngày 27-1-1996 do tầu chở dầu Gemini (Singapore)đâm vào cầu cảng Sài Gòn Petro làm tràn 72 tấn dầu diezen

- Ngày 16-4-1998 xảy ra sự cố tràn dầu từ tàu Nhật Thuần làm 97 tấn dầu DOtràn ra sông Nhà Bè,

- Tháng 9-2001: Tàu Formosa one Liberia đâm vào tàu Petrolimex 01 củaViệt Nam tại vịnh Giành Rỏi – Vũng Tàu làm tràn ra môi trường biển ven bờ 1000m3 dầu diezel, gây ô nhiễm nghiêm trọng một vùng lớn biển Vũng Tàu

- Sự cố tàu Mỹ Đình ngày 20-12-2004 làm 150 tấn dầu DO và 50 tấn dầu FOtràn ra vùng biển Cát Bà

- Sự cố tràn dầu không rõ nguyên nhân ngày 28-1-2007 làm một khối lượnglớn dầu loang trên vùng biển rộng lớn từ Hà Tĩnh đến Bình Định, bằng phương phápthủ công các lực lượng đã thu gom được 1720 tấn

- Ngày 2-3-2008 do thời tiết xấu tàu Đức Trí chở 1700 tấn dàu FO đã bị chìmtrên vùng biển BìnhThuận làm một khối lượng lớn dầu tràn ra biển

- Ngày 24-04-2006: tàu Lapamas chở dầu 23.000 tấn dầu DO trong lúc cậpcản Sài Gòn, làm tràn ra môi trường 1.500 tấn dầu, 150 tấn xăng từ hệ thống dẫn cầucảng

- Các sự cố tràn dầu tại kho xăng dầu hàng không Liên Chiểu và kho H182

3

dầu tràn ra khỏi bồn chứa ngấm xuống đất và chảy ra biển gây ô nhiễm môi trườngnghiêm trọng…

- Ngày 23/6/2010, chiếc sà lan Huỳnh Nhi 01, số đăng ký BL- 0304, tải trọng

250 tấn bất ngờ bị chìm vắt ngang khu vực dưới cầu Tôn Đức Thắng (cầu Bạc Liêu2) thuộc phường 1, thị xã Bạc Liêu, tỉnh Bạc Liêu khi sà lan trên cố “vượt cạn” trênsông kinh xáng Bạc Liêu - Cà Mau để vào bến bốc xếp, vướng phải vật cản dướilòng sông nên bị chìm Dầu dự trữ trên sà lan đã tràn ra chảy theo dòng nước, gây ônhiễm nguồn nước nuôi trồng thủy sản ở địa phương

- Ngày 27/4/2010 khi đang từ cửa sông ra biển, tàu Biển Đông 50 của Công

ty Hải sản Trường Sa chở dầu đã bất ngờ bị chìm tại vùng biển Vũng Tàu Khi gặpnạn, tàu Biển Đông 50 chở theo hơn 370 tấn dầu DO và hơn chục thùng phi nhớt.Ngay sau khi bị chìm, dầu đã loang ra mặt biển còn các phi nhớt nổi lềnh bềnh

Theo thống kê, khoảng 200 triệu tấn dầu được vận chuyển hàng năm qua các vùng biển ngoài khơi Việt Nam từ Trung Đông tới Nhật Bản và Triều Tiên Các hoạt động thăm

dò và khai thác dầu khí ngoài khơi Việt Nam đang tăng lên hàng năm Do đó, thường xảy

ra các vụ tràn dầu nghiêm trọng dọc bờ biển nước ta

Hình 2: Một số địa điểm xảy ra tràn dầu ở nước ta

Như vậy, ô nhiễm môi trường do dầu tràn gây ra đang diễn biến phức tạp trên phạm

vi rộng, đã ảnh hưởng đến 20 tỉnh, thành phố ven biển (Hải Phòng, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình định, Phú Yên, Khánh Hoà, Ninh Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa-Vũng Tàu, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng và Bạc Liêu)

Các địa phương bị ảnh hưởng nhiều như: Quảng Nam (đã thu gom được 746 tấn dầu), Thừa Thiên – Huế (446 tấn), Hà Tĩnh (150 tấn), Phú Yên (90 tấn), Bà Rịa- Vũng Tàu (gần 70 tấn)

Các địa phương bị ít dầu trôi dạt vào (số lượng dầu thu gom được từ một vài

trăm kg đến vài tấn như: Khánh Hoà, Ninh Thuận, Bình Định, Trà Vinh

Tính đến ngày 23/4/2007, tổng số dầu thu gom được tại các địa phương trong

- Rò rỉ từ các giếng khoan dầu trên vùng biển thềm lục địa: Công tác xây dựngkhông đảm bảo làm cho dầu từ các giếng này đi ra môi trường.

- Các sự cố tràn dầu do các tai nạn tàu thuyền: Đây là nguyên nhân rất nguy hiểnkhông những tổn thất về mặt kinh tế, môi trường mà còn đe dọa tới tính mạng con người

- Dầu theo khí quyển vào biển

2.3.2 Trên đất liền

+ Rạn nứt các thể tích các ống dẫn dầu: có thế do động đất, các mối hàn khôngđảm bảo chất lượng nên xảy ra trường hợp rạn nứt mối hàn… khiến dầu bị tràn ra môitrường

+ Do phụt bể chứa: Các bể chứa chỉ có một thể tích nhất định, khi lượng dầu được

xả vào bể quá mức sẽ gây ra hiện tưỡng tràn hoặc do sự thay đổi thời tiết làm cho thể tíchdầu tăng lên cũng là nguyên nhân làm dầu từ các bể chứ trào ra

+ Rò rỉ từ quá trình tinh chế, lọc dầu

+ Rò rỉ từ quá trình khai thác, thăm dò trên đất liền

Bảng 1: Các nguồn gây ô nhiễm do dầu trên thế giới

(Nguồn: Woodward – Clyde, 1995)

III. Ô nhiễm môi trường do sự cố tràn dầu

3.1 Sự biến đổi dầu trong môi trường

3.1.1 Sự lan truyền

Đây là quá trình xảy ra mạnh mẽ và dễ quan sát khi dầu đổ ra trong môi trường, do quá trình lan truyền, vệt dầu ban đầu sẽ nhanh chóng bị trải mỏng và dàn rộng ra trên mặt nước Quá trình lan truyền xảy ra dưới tác dụng của 2 lực, đó là trọng lực và lực căng bề mặt Về lý thuyết sự lan truyền sẽ dừng lại khi các lực căng này đạt tới sự cân bằng Quá trình lan truyền có thể chia thành 3 giai đoạn tóm lược như sau:

Giai đoạn 1 – giai đoạn trọng lực (gravity assisted spreading)

Trọng lực đóng vai trò quan trọng trong việc làm di chuyển các vệt dầu Do vậy khối lượng dầu sẽ quyết định tốc độ lan truyền Do thành phần dầu ban đầu sẽ bị thay đổi khi phơi bày trên bề mặt và trọng lực của dầu cũng biến đổi theo thời gian nên sự cân bằng trọng lực cũng sẽ thay đổi Nhìn chung, nếu khối lượng dầu lớn, giai đoạn trọng lực

sẽ chiếm thời gian quan trọng, nghĩa là dầu sẽ lan truyền nhanh; ngược lại đổ dầu từ từ thì giai đoạn này có vai trò yếu hơn

Giai đoạn 2 – giai đoạn của lực căng bề mặt (surface tension)

Trong giai đoạn này, vệt dầu lan truyền dưới tác dụng của lực lan truyền (F) để hướng đến sực cân bằng lực căng bề mặt của đới tiếp xúc dầu – nước theo công thức:

F (ergs/cm2) = γω – γ0 – γ0/ω

Trong đó: γω – lực căng bề mặt của nước (tính theo dynes/cm)

γ0 - lực căng bề mặt của dầu γ0/ω – lực căng mặt tiếp xúc dầu – nước

Ví dụ: dầu thô của Kuweit: F = +11 ergs/cm2

Sự lan truyền dừng lại khi lực căng bờ mặt ở trạng thái cân bằng Đối với dầu tràn nhỏ hay đổ dần thì giai đoạn này sẽ đến sớm hơn (có thể sau vài giờ) và chiếm phần quan trọng hơn

Giai đoạn 3 – Phá vỡ cá vệt dầu (drifting)

Vệt dầu bị phá thành các băng, dải kéo dài song song với hướng gió

Có hai nhóm yếu tố ảnh hưởng đến sự truyền dầu:

Các yếu tố trong: liên quan đến thành phần của dầu, dầu có độ nhớt ít di chuyển

hơn, lan truyền chậm Dầu có pour point cao sẽ khó di chuyển , khi To không khí < To của pour point thì dầu khó lan truyền

Các yếu tố môi trường: To không khí, gió, các dòng chảy và dòng thủy triều sẽ ảnhhưởng đến tốc độ lan truyền và hướng lan truyền

Bán kính lan truyền trong điều kiện lý tưởng:

πR2max=A = 105 V0.25

Bề dày lớp dầu: hd = V/A

trong đó A: diện tích lớp dầu (m2), V: thể tích dầu tràn (m3)

3.1.2 Biến đổi thành phần hoá học (sự phong hóa dầu)

Kiểu biến đổi Thời gian (ngày) Phần trăm dầu ban đầu (%)

Bảng 2: Các kiểu biến đổi thành phần hóa học

Chừng 24% số dầu đó sẽ bay hơi hay tan biến sau 2 ngày, 42% sau 5 ngày, 45% sau 8 ngày Bách phân tiêu tán này đạt đến tối đa là 48% qua 14 ngày Sau đó thời tiết không còn ảnh hưởng bao nhiêu và số dầu còn lại sẽ nằm vật vờ trôi nổi trên mặt biển Phải qua rất nhiều thời gian để dầu loang tự nó phân hóa qua những phản ứng thoái hóa sinh học (Biological Degradation), oxide hóa quang năng (photo oxidation) mà từ từ tan biến Khi dầu thoát ra, vì nhẹ nên nổi và nước gió làm dầu trôi đi trên mặt biển

Hình 4: Sự phong hóa dầu 3.1.2.1 Sự bay hơi

Mức độ bay hơi phụ thuộc vào thành phần các hydrocacbon nhẹ có trong dầu Thông thường dầu mất khoảng 50% thể tích trong vài ngày

− Dãy hydrocacbon có dây C nhỏ hơn 15 phần tử, có nhiệt độ sôi nhỏ hơn

250oC bay hơi trong 10 ngày

− Dãy hydrocacbon là nhóm C15 – C25: nhiệt độ sôi 250-400oC, bay hơi hạn chế và còn lưu lại trong vết dầu một phần

− Dãy hydrocacbon có dây C lớn hơn 25 phần tử, nhiệt độ sôi lớn hơn 400oC hầu như không bay hơi

Dầu nặng số hiệu 6 chỉ mất khoảng 10% Xăng tinh luyện như diesel nhãn số 2

có thể mất đến 75%; còn xăng (gasoline) hay kerosen bay hơi hầu hết

Sự bay hơi làm phát tán hydrocacbo vào không khí – gây ô nhiễm không khí Trải qua quá trình bay hơi, các phần tử có độc tính (như hợp chất thơm và aliphantic) bị di chuyển khỏi vệt dầu làm cho dầu bớt nguy hiểm hơn đối với sinh vật Ở đây, cần quan tâmhướng gió để xác định các đối tượng cần bảo vệ để chống lại ô nhiễm hydrocacbon không khí

Một phần dầu sau khi bay hơi có thể sẽ trở lại môi trường nước, nhưng làm

lượng giảm do bị phân hủy một phần các phản ứng quang hóa

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bay hơi như thành phần dầu, nhiệt độ không khí, tôc độ gió

Hình 5: Quá trình phong hóa dầu 3.1.2.2 Quang hóa – Oxy hóa

Phản ứng xảy ra dưới tác dụng của oxy tự do và bức xạ mặt trời Phản ứng xảy ra phụ thuộc vào thành phần của dầu và độ đậm đặc của dầu (quyết định khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời và oxi tự do)

Nhóm aromatic và cycloalkan có xu hướng phản ứng nhanh hơn nhóm dây thẳng Những kim loại trong dầu cung có vai trò nhất định trong trong phản ứng này: V đóng vai trò thúc đẩy oxi hóa, ngược lại chất giàu S làm giảm quá trình oxi hóa Sản phẩm của các quá trình này là các acid, alcol, eter peroxit và phức hợp cacbonyl của hai nhóm trên, những sản phẩm này hòa tan nhanh chóng, do vậy dễ được pha loãng tự nhiên Bên cạnh

đó quá trình oxi hóa tạo ra trong các váng dầu những phần tử nặng hơn (nhựa) có thể tổn tại trong môi trường rất lâu