Способ очистки водной поверхности от нефтепродуктов Советский патент 1995 года по МПК E02B17/00 

ъ

Изобретение относится к способам очистки открытых водоемов от нефтяных загрязнений и может быть использовано для очистки больших водных пространств.

Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет повышения степени очистки и сохранения экологического режима водовоздушного бассейна, а также снижение энергозатрат на единицу площади очищаемой поверхности и повышение эффективности способа при очистке от нефтепродуктов с повышенной вязкостью.

Способ осуществляют следующим образом.

Лазер доставляют к обрабатываемой зоне на борту корабля или летательного аппарата.

Посредством системы формирования облучают поверхность непрерывным или импульсно-периодическим излучением. Способ осуществляют в следующей последовательности. В случае, когда слой нефти или нефтепродуктов полностью поглощает энергию излучения, если обработку производят непрерывным излучением, то величи- на плотности мощности излучения 102-103 Вт/см2 оказывается достаточной для того, чтобы скорость теплоподвода превысила естественный теплоотвод. При этом скорость сканирования излучения (или время экспозиции излучения на данном участке поверхности) в каждом конкретном случае устанавливают расчетным путем такой, чтобы в течение времени воздействия происходило полное испарение нефтепродуктов. Пары нефтепродуктов, поднимаясь над поверхностью, смешиваются с кислородом воздуха, образуя горячую смесь, которая поджигается падающим излучением. Таким образом, процесс горения локализуется над водной поверхностью.

Для увеличения производительности процесса обработки поверхности можно применять импульсно-периодическое излучение с плотностью мощности излучения в импульсе 106 Вт/см2 при плотности энергии 1-3 Дж/см2.

При таких высоких параметрах излучения за счет концентрированного и очень быстрого подвода энергии вначале осуществляется механизм сильного удара (как от механического воздействия), в результате которого образуются капли, при этом слой нефтепродуктов диспергирует до состояния капельной аэрозоли. Далее под воздействием излучения происходит процесс испарения части вещества образовавшихся капель, а образовавшиеся пары нефтепродуктов смешиваются с кислородом воздуха, образуют горячую смесь и поджигаются падающим излучением. Тепла, выделяющегося в процессе горения, достаточно для поддержания процесса до полного сгорания капли.

При реализации способа очистки слой нефти становится все тоньше и, когда он приобретает вид пленки, прозрачной для падающего излучения, поскольку излучение выбрано с длиной волны в диапазоне, соотвётствующем области светового поглощения воды, способ реализуют дальше в результате следующих процессов.

Если обработка идет непрерывным излучением, то величина плотности мощности

Ю2-103 Вт/см2 оказывается достаточной для того, чтобы скорость теплоподвода превысила естественной теплоотвод. При этом скорость сканирования излучения (или время экспозиции излучения на данном участке

поверхности) выбирают такой, чтобы в течение времени воздействия произошло испарение тонкого слоя воды, подстилающей слой нефтепродуктов. При этом в начале воздействия излучения пары воды, расширяясь, разрывают пленку нефтепродуктов, образуя капельную аэрозоль.

Далее процесс аналогичен/но в процессе горения участвуют пары воды.

При импульсно-периодическом режиме

облучения поверхности вначале осуществляются динамические процессы воздействия излучения на поверхность воды под пленкой нефтепродуктов (эффект сильного шлепка по воде). При этом поверхность воды, покрытая нефтяной пленкой, диспергируется в капельную аэрозоль. Капли воды, разлетаясь над поверхностью, захватывают часть нефтепродуктов, обволакиваясь последними. Далее процесс происходит в падающем излучении аналогично описанному на каждой капле аэрозоля.

Пример. Проведены модельные опыты по сжиганию пленки нефтепродуктов с поверхности воды непрерывным и импульсно-периодическим излучением, В первом случае излучение СОа лазера непрерывного действия направлено на пленку солярки толщиной 1 мм. При экспозиции излучения плотностью мощности 1 кВт/см2 в

течение 0,5-0,7 с пленка полностью сгорает над поверхностью воды с образованием пятна на водной поверхности, свободной от солярки.

Во втором случае облучение ведут в двух режимах: в зависимости от толщины пленки поверхность облучают лазером импульсов различной частоты (от единичного импульса до 200 Гц)с плотностью мощности

10 Вт/см и плотностью энергии 1-3

Дж/см . При этом пленка сгорает над поверхностью воды.

Если нефтепродукты имеют высокую вязкость, например когда в них много глицерина, целесообразно очистку водной поверхности осуществлять непрерывным излучением, поскольку в этом случае под воздействием импульсного излучения образовываются тяжелые капли, которые падают, не успевая загореться.

В случае применения импульсно-перио- дического излучения при обработке больших поверхностей промежутки между

импульсами используют для перемещения луча на соседние необработанные участки.

Предлагаемый способ очистки водной поверхности обеспечивает полное уничтожение нефтепродуктов без загрязнения водного бассейна и без негативного воздействия на водную флору и фауну, а также позволяет оптимизировать затраты лазерной энергии на обработку.

Особенно эффективен данный способ при очистке поверхности воды от нефтяной пленки, имеющей малую толщину (мономолекулярный слой цвета побежалости).

Использование: для срочной и быстрой очистки больших водных пространств от нефтяных загрязнений. Сущность изобретения: поджог нефтепродуктов осуществляют над водой после их отрыва от водной поверхности путем облучения излучением лазера с длиной волны, соответствующей области светового поглощения воды и плотностью мощности не менее 102Вт/см2, при этом скорость подвода энергии излучения должна быть больше скорости теплоотвода водной поверхности Способ позволя1- ет оптимизировать затраты лазерной энергии на обработку, обеспечивает экологически оптимальный режим. 3 зя ф-лы.

Формула изобретения

4. Способ по п .1, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа в случае нефтепродуктов с повышенной вязкостью, обработку производят непрерывным излучением с плотностью мощности 102 - 103 Вт/см2.