СПОСОБ ОЧИСТКИ АКВАТОРИИ ОТ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК E02B15/10 B63B35/32 

Изобретение относится к физико-технологическим процессам очистки водных акваторий и открытых водных пространств от углеводородных загрязнений: вылитой нефти и нефтепродуктов, масел.

Известен способ очистки акватории от углеводородных загрязнений, включающий использование минеральных сорбентов, распыляемых над поверхностью водной среды, с помощью которых осаждают углеводороды в более глубокие водные слои [1]
Существенными и очевидными недостатками этого способа являются: отсутствие экологической чистоты, т.е. все загрязнения остаются в водной среде; непрогрессивность процесса и требование использования дополнительных процессов для извлечения из водной среды притопленных углеводородных загрязнений.

Наиболее близким по технологической сущности является способ очистки акватории от углеводородных загрязнений, включающий обработку загрязненной водной среды с помощью реагента, в качестве которого используют перегретый и переохлажденный газы, выделение и утилизацию углеводородов [2]
Этот способ реализуется с помощью устройства, содержащего корпус в виде рабочей камеры с магистралями для подачи рабочих компонент: перегретого и переохлажденного газов [2]
При определенных преимуществах по сравнению с аналогами этот способ обладает и существенным недостатком, заключающимся в низкой удельной эффективного каждого отдельного процесса и в низком КПД используемого устройства ввиду поэтажного послойного введения реагентов в очищаемую воду, что задерживает эффекты фазовых превращений, вызывая необходимость повторения циклов, ведущих к дополнительным затратам времени и средств, дополнительному загрязнению воды распыляемой и потопляемой частью углеводородных загрязнений.

Предлагаемый способ направлен на повышение эффективности и экологической чистоты процесса очистки водной среды акватории, повышение технологичности использования способа на акватории.

Это достигается в предлагаемом способе очистки акватории от углеводородных загрязнений, включающем обработку загрязненной водной среды с помощью реагентов, в качестве которых используют перегретый и переохлажденный газы, выделение и утилизацию углеводородов, за счет обработки водной среды путем разделения ее на параллельные протоки при непрерывном перемешивании по акватории за счет подачи газов и постоянной смены участка обработки на акватории, при этом перегретый и переохлажденный газы вводят одновременно по обеим сторонам каждого разделенного протока в направлении снизу-вверх по толщине слоя обрабатываемой водной среды, углеводородные загрязнения транспортируют разнотемпературными газовыми потоками к поверхности воды и отводят их вакуумированием на утилизацию.

Устройство для осуществления описываемого способа очистки акватории, содержащее корпус в виде рабочей камеры с магистралями для подачи рабочих компонент, имеет корпус, выполненный в виде агрегата, снабженного фермой, закрепленной на несущем судне, ферма оснащена перфорированными рабочими органами, выполненными в виде полых пилонов, закрепленных вертикально на погружаемой части фермы, при этом часть пилонов своей полостью соединена с источником перегретого газа, другая, чередующаяся с первой, с источником переохлажденного газа, отверстия в пилонах выполнены наклонными против хода судна, а в верхней части пилонов закреплено крыло, наклоненное в сторону канала сбора и отвода выделенных углеводородных загрязнений, соединенного с вакуум-системой.

При этом ферма снабжена поплавками, установленными по бокам судна, и пилонами, установленными на торцевых частях фермы, причем ферма выполнена из модульных блоков, соединенных между собой шарнирами.

Указанная последовательность и совокупность операций способа и конструктивное решение устройства являются оригинальными и прогрессивными, и открывают принципиально новое направление в этой технологии очистки акваторий от органических выбросов.

Способ очистки акватории от углеводородных загрязнений поясняется прилагаемыми чертежами устройства для его реализации,
где
на фиг. 1 показан общий вид устройства;
на фиг. 2 показан вид устройства сверху по фиг. 1;
на фиг. 3 и фиг. 4 детали конструкции устройства;
на фиг. 5 вид на погружаемую рабочую ферму;
на фиг. 6 вид сверху на рабочую ферму и оборудование;
на фиг. 7 схема отвода загрязнений от рабочего органа;
на фиг. 8 и фиг. 9 узлы А и Б и сечение I-I на фиг. 7;
на фиг. 10 технологическая блок-схема устройства.

Устройство для очистки акватории от углеводородных загрязнений содержит несущее судно 1, оборудованное фермой 2, закрепленной на мобильных шарнирах 3 и 4, позволяющих складывать ферму на палубу в транспортное положение. Обе части (левая и правая) фермы имеют поплавки 5, позволяющие частям 6 фермы точно располагаться на заданной глубине водной среды. Ферма 2 может быть закреплена как по обоим сторонам судна, за его бортами, так и впереди судна (фиг. 5 и 6) в зависимости от условий работы в акватории и степени загрязненности воды. В этом положении ферма, оснащенная сигнальными приборами 7, ориентируется под углом атаки с помощью рычагов 8 для создания фронта захвата пилонами 9 и направлении загрязнений к средней более развитой части 10 фермы. Такое выполнение фермы позволяет принимать в средней части наиболее загрязненные соли воды.

Ферма 2 имеет рабочий орган, содержащий корпус в виде рабочего агрегата 11, выполненного из набора пилонов 12 и 13, чередующихся между собой по всей длине (и глубине) фермы. Пилоны 12 имеют на своих стенках перфорацию (много отверстий) 14 и соединены своей полостью с источником 15 переохлажденного газа, а пилоны 13, имеющие на стенках перфорацию 16, соединены своей полостью с источником 17 перегретого газа (или пара, или парогазовой смеси), в качестве которого используют смесь пересыщенного перегретого пара с нейтральным газом типа CO₂ или Не.

Источник газа 15 имеет расходные емкости 18, где газ смешивают частично с воздухом; в качестве переохлажденного газа используют продукт испарения твердой углекислоты, над которой продувают воздух, смешивающийся с СО₂ при температуре -30 ^oC -40^oC.

Практически более выгодно использовать парогазогенератор (А. Плугина), который вырабатывает перегретый газ и переохлажденный газ одновременно, используя вначале единую камеру парогазообразования с последующим разделением двух разнотемпературных потоков.

Рабочий агрегат 11 оснащен (фиг. 8) верхним направляющим крылом 19 для ориентирования верхней водной массы. Крыло 19 закреплено под углом вверх от уровня водной поверхности "УВ" над пилонами, погруженными в воду так, что они образуют водный канал 20, переходящий в сборник 21 углеводородов, из полости которого с помощью насоса 22 отводят нефтепродукт по магистрали 23 на утилизацию, например, на питание парогазогенератора или силового узла судна. Периодически воду сливают из сборника через патрубок 24.

Сборку описанных узлов и агрегатов осуществляют на палубе 25 судна (или в его трюме по выбору заказчика). При выполнении пилонов из набора труб (фиг. 3 и 4) для варианта очистки только поверхности воды, отверстия 14 в них эффективнее выполнить в виде щелей 16 для более полного площадного контакта пилонов с очищаемой водой.

Работа описанного устройства излагается при описании процессов осуществления способа очистки акватории при наличии на водной поверхности и ее верхнем слое углеводородных загрязнений, например, вылитой нефти, для сбора которой в работу включают все агрегаты, в том числе генераторы разнотемпературных газов 15 и 17; от них одновременно подают рабочие компоненты (реагенты) в полости пилонов 12 и 13. Судно 1 приводят в движение со скоростью дрейфа (около 1-3-х узлов), платформу с пилонами погружают в воду на глубину 1 1,5 м и следят, чтобы волна не перехлестывала через крыло 19 а проходила в канал 20. Слабое выполнение отслеживают поплавки 5, поддерживая ферму на заданной глубине, чтобы "УВ" находился в сечении канала 20.

При волнении более 4-х баллов на пилонах используют специальные понтоны со значительной осадкой и высокой устойчивостью, или используют волногасители, если по условиям судоходства это возможно.

Флотация реагентов-газов параллельно-направленно сквозь толщу воды создает условия фазового превращения полурастворенных частиц нефти, их интенсивную коагуляцию вокруг разнотемпературных пузырьков, поляризацию-укрупнение частиц и вынос их на поверхность к заборному каналу 20 где в совокупности с полостью 21 ведут эжектирование пенного продукта, сохраняя канал постоянно работоспособным.

При этом для исключения захлестывания отверстий 14 и 16 и создания условий свободного выхода газов из них, отверстия выполнены наклонными против хода судна.

Пример конкретного осуществления способа. В ограниченной акватории Кронштадского морского порта осуществлена опытная реализация способа с помощью опытной модели устройства: судно-буксир водоизмещением 500 т, размеры фермы 30•1,2 м, газогенератор по газу при температуре 180 230^oC и производительности 120 м²/ч, газогенератор по газу при Т -30 ^oC -40^oC и производительности 50 м³/ч; поддерживающие крайние поплавки, освещение, радиосигнализация, система продуктов. Время испытания этого опытного устройства и опытная реализация способа осуществлены в августе 1992 года. При осуществлении очистки акватории нефтяные загрязнения находились на поверхности и в слое воды до глубины 30 50 см. При малой скорости (1 3 узла) судна и подаче газов одновременно и непрерывно по обоим сторонам пилонов, из перфораций 14 и 16, достигнута высокая эффективность очистки воды, причем, извлеченные из водной среды нефть и нефтепродукты были полезно израсходованы для питания форсунок мазутной котельной. Эффективность очистки до 99,4% (по чистой воде) достигнута благодаря непрерывной подаче разнотемпературных рабочих газов и непрерывному передвижению судна (устройства на нем) по акватории.

Показатели воды акватории до очистки: верхняя пленка нефтепродуктов сплошная толщиной 1 3 мм, далее загрязнение до глубины 50 см капельное, пленочное, следное с содержанием нефтепродуктов 6-8% в т.ч. ацетон 0,2% толуол 0,3% ксилол 0,1% показатель ХПК воды 50-60 мг0/л, рН 5-6, нитраты 120-300, хлориды 250-400, мутность 186 мг/л.

После очистки показатели воды: пленка на поверхности отсутствует, до глубины 50 см содержание нефтепродуктов 0,06% рН 7,5-8; ацетон, толуол, ксилол следы (практически отсутствуют), ХПК 12, нитраты 8, хлориды 12, мутность 0,82, прозрачность 85. Время очистки акватории в 1,60 км² составило 4,2 ч. Прибыльность процесса 67% (высокая).

Опытная реализация способа показала его высокую эффективность, оригинальность и прогрессивность, как не вносящего никаких вредных реагентов в обрабатываемую среду, и выделения побочных загрязнений совместно с нефтепродуктами и маслами, это существенно улучшает экологические характеристики акваторий портов, причалов, мест аварий. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6 ЫЫЫ8

Использование: в области охраны окружающей среды, в частности при очистке водной поверхности от нефтепродуктов, жировых и масляных веществ, а также от других углеводородных соединений. Сущность изобретения: при осуществлении способа подвергаемую обработке водную среду разделяют на параллельные протоки, и при непрерывном перемешивании по акватории за счет подачи газов и постоянной смены участка обработки. Перегретый и переохлажденный газы вводят одновременно по обеим сторонам каждого разделенного протока в направлении снизу-вверх по толщине слоя обрабатываемой водной среды. Углеводородные соединения транспортируют разнотемпературными газовыми потоками к поверхности воды и отводят их вакуумированием. Устройство для реализации способа включает плавсредство 1, оснащенное подводной фермой 2, выполненной из шарнирно соединенных частей 6, и генераторов рабочих агентов для подачи перегретого пара и переохлажденного газа в водную среду, в ее приповерхностный слой. Подводная ферма содержит сопла, размещенные каскадами по высоте и в плане для введения указанных рабочих агентов в очищаемую водную среду акватории. Для защиты зоны работ от волнения ферму оснащают боковыми бортами и поплавками 5, при этом ферма выполнена из модульных блоков, соединенных между собой шарнирами 3, 4. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ очистки акватории от углеводородных загрязнений, включающий обработку загрязненной водной среды с помощью реагента, в качестве которого используют перегретый и переохлажденный газы, выделение и утилизацию углеводородов, отличающийся тем, что обрабатываемую водную среду разделяют на параллельные протоки при непрерывном перемешивании по акватории путем подачи газов и постоянной смены участка обработки на акватории, при этом перегретый и переохлажденный газы вводят одновременно по обеим сторонам каждого разделенного потока в направлении снизу-вверх по толщине слоя обрабатываемой водной среды, а углеводородные загрязнения транспортируют разнотемпературными газовыми потоками к поверхности воды и отводят их вакуумированием. 2. Устройство для очистки акватории от углеводородных загрязнений, содержащее корпус в виде рабочей камеры с магистралями для подачи рабочих компонент, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде агрегата, снабженного фермой, закрепленной на несущем судне, ферма оснащена перфорированными рабочими органами, выполненными в виде полых пилонов, закрепленных вертикально на погружаемой части фермы, при этом часть пилонов своей полостью соединена с источником перегретого газа, другая, чередующаяся с первой, с источником переохлажденного газа, отверстия в пилонах выполнены наклоненными против хода судна, а в верхней части пилонов закреплено крыло, наклоненное в сторону канала сбора и отвода выделенных углеводородов, соединенного с вакуум-системой. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что ферма снабжена поплавками, установленными по бокам судне, и пилонами, установленными на торцевых частях фермы, при этом ферма выполнена из модульных блоков, соединенных между собой шарнирами.