СПОСОБ ОЧИСТКИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И ВОДЫ ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ПОД ЛЕДОВЫМ ПОКРОВОМ В ВОДОЕМАХ
CLEANING METHOD OF BOTTOM DEPOSITS AND WATER AGAINST OIL AND OIL PRODUCTS UNDER ICE COVER IN WATER BODIES

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для использования в период ледостава на природных и искусственных водоемах с донными отложениями, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, которые не подвержены размыву (каменистые, крупнопесчаные, плотноглинистые, с искусственным дном).
Комплексная очистка водных объектов от нефти в зимний период (период ледостава) весьма перспективна в связи с минимальным воздействием на гидрофауну водоема, возможностью доставки оборудования к труднодоступным водным объектам.
Известен способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема (Патент РФ № 2176701, опубл. 10.12.2001 г., E02B15/04) осуществляется путем вскрытия ледяного покрова и сбора накопленной нефти в накопители. Вскрытие ледяного покрова осуществляют под острым углом навстречу потоку. Нефть направляют в подготовленные на берегу накопители, дно которых выполнено с обратным от водоема уклоном. Подают в накопитель воду для обеспечения постоянного уровня жидкостей в накопителе, выдерживают их до кристаллизации льда на границе раздела жидкостей и производят сбор нефти с поверхности льда.
Известен способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема (Патент РФ № 2224842, опубл. 27.02.2004 г., E02B15/04) путем направления ее к открытому нефтеприемнику с помощью заграждения в прорези ледяного покрова поперек водного потока под углом к его динамической оси с последующим удалением нефти из нефтеприемника. В качестве заграждения используют гибкую эластичную оболочку с утяжелением по нижнему краю, верхний край которой закрепляют на ледяном покрове, после чего указанную оболочку наполняют водой под избыточным давлением.
Известен способ очистки льда от нефти (Патент РФ № 2220253, E02B15/04, опубл. 27.09.2003 г.). Способ локализации загрязненного участка реки, разрушение ледового покрова, смыв нефти с льдин водой. При этом каждую льдину вынимают из воды и нижнюю загрязненную поверхность льдины обрабатывают паром над емкостью, а затем обезвреженную льдину опускают в реку на прежнее место. Обработку льдин паром ведут в направлении по течению реки. Изобретение обеспечивает предохранение водных ресурсов от нефтяного загрязнения, предотвращение распространения ареала нефтяного загрязнения в весенне-летний паводковый период, снижение вредного воздействия на окружающую природную среду.
Основным недостатком всех вышеупомянутых способов очистки водных объектов в период ледостава следует считать отсутствие этапа очистки донных отложений и толщи воды от нефти и нефтепродуктов, что не решает задачи комплексной очистки водного объекта.
Прототипом выбран способ сбора нефти под ледяным покровом озера (Патент РФ № 2211282, опубл. 20.02.2003 г.,  E02B15/04), который включает в себя образование окон в ледяном покрове, нагнетание под него атмосферного воздуха, откачку с помощью насоса через окна нефтеводяной смеси и транспортировку ее в емкость для отделения нефти от воды. Нагнетанием воздуха образуют волновое течение поверхностных слоев воды, направленное к окнам. Нагнетание воздуха производят через нагнетательные патрубки, вмороженные в отверстия в ледяном покрове, расположенные на одной стороне озера, противоположной стороне озера с окнами в ледяном покрове. Нагнетательные патрубки вмораживают так, что их нижние концы находятся в воде под нефтью.
Недостатком данного способа следует отметить отсутствие этапа очистки донных отложений озера от нефти и частичное решение проблемы очистки толщи воды от нефти за счет очистки поверхностных слоев воды озера.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа очистки донных отложений и воды от нефти и нефтепродуктов под ледовым покровом в водоемах  с целью  увеличение степени очистки водного объекта за счет применения комплексного подхода - очищаются от нефти донные отложения и толща воды.
Поставленная задача решается тем, что способ включает размещение на водоеме источника сжатого воздуха и источника водовоздушной смеси, который подсоединен к водовоздушному шлангу, но в отличие от прототипа  перед началом очистных мероприятий осуществляется гидроэкологическое обследование водоема по сетке станций, установкой направляющих каналов (основным и вспомогательным) для передвижения нефти и нефтепродуктов с водовоздушной смесью, причем водовоздушную смесь дополнительно подают водовоздушным шлангом, который имеет перфорированную и неперфорированную часть, и перемещается по дну водоема посредством лебедки.
Способ реализуется следующим образом. На первоначальном этапе осуществляется гидроэкологическое обследование водоема по сетке станций, в результате которого определяют (составляют):
- степень загрязнения донных отложений водоема (содержание нефти), на основании которых составляют карту загрязнения дна водоема;
- содержание нефтепродуктов в воде;
- морфометрические характеристики водоема (площадь, средняя глубина, максимальная глубина, длина водоема, максимальная ширина водоема);
- карту глубин водоема.
На загрязненный водоем завозится оборудование и производятся подготовительные работы (Фиг. 1). Источник сжатого воздуха 1 (Фиг. 1), например воздушный компрессор, располагается на противоположной стороне озера от источника водовоздушной смеси 13 (Фиг. 1) (например, водяной помпы с инжектором) и эти элементы располагаются на противоположных участках водоема по оси максимально наибольшей протяженности водоема (по которой определяется длина водоема). От источника сжатого воздуха 1 (Фиг. 1) отходит воздушный шланг 2 (Фиг. 1), который через отверстие 3 (Фиг. 1) в ледовом покрове 4 (Фиг. 1) опущен в воду ниже уровня ледового покрова. По периметру водоема, на его дно непосредственно у береговой полосы 5 (Фиг. 1) под ледовый покров 4 (Фиг. 1) помещается водовоздушный шланг (Фиг. 2), который состоит из перфорированной части водовоздушного шланга 6 (Фиг. 1) и неперфорированной части водовоздушного шланга 8 (Фиг. 1). Длина перфорированной части водовоздушного шланга 6 (Фиг. 1) составляет 1,5-1,7 максимальной длины по профилю дна в сечении водоема на участке наибольшей ширины водоема. Возле береговой полосы 5 (Фиг. 1) располагаются направляющие вешки 7 (Фиг. 1) таким образом, чтобы водовоздушный шланг располагался за направляющими вешками ближе к берегу водоема. Количество и частота направляющих вешек 7 (Фиг. 1) определяется исходя из извилистости береговой полосы. Неперфорированная часть водовоздушного шланга 8 (Фиг. 1) через направляющие якоря 10 (Фиг. 1) намотана на лебедку 11 (Фиг. 1),  и присоединена к источнику водовоздушной смеси 13 (Фиг. 1)  через патрубок 12 (Фиг. 1).
Водовоздушный шланг показан на Фиг. 2 и представляет собой шланг высокого давления, выполненный из прочного поливинилхлорида, он устойчив к механическим и химическим воздействиям. Перфорированная часть водовоздушного шланга (6, Фиг. 1) состоит из (Фиг. 2А): гибкого перфорированного шланга 1, соединенного хомутами 2 с металлическим тросом 3 и якорной цепью 4. По всему протяжению гибкого перфорированного шланга 1 выполнены по винтовой линии отверстия диаметром 0,1-1,0 мм на расстоянии не более 10 мм друг от друга.
Перед началом очистных работ в ледовом покрове устраивают направляющие каналы (14, 15, Фиг. 1) для передвижения нефти и нефтепродуктов вместе с водовоздушной смесью по ним. Основной направляющий канал (14, Фиг. 1) устраивается от отверстия в ледовом покрове 3 до приемного окна 9 (Фиг. 1). Вспомогательные направляющие каналы устраиваются от берега водоема до основного направляющего канала таким образом, чтобы угол между основным и вспомогательным направляющими каналами составил 45°, как показано на Фиг. 1. Количество вспомогательных направляющих каналов зависит от площади водоема и степени его загрязнения  нефтью и определяется на этапе гидроэкологического обследования водоема. Для устройства направляющих каналов в ледовом покрове делают прорези (каналы), извлекают лёд; вода в образованных прорезях замерзает, а за счет разницы в толщине ледового покрова образуется в ледовом покрове канал.
В динамике эффективная работа данного способа осуществляется следующим образом. После размещения всех элементов в водоеме, как указано на Фиг. 1, производят включение источника сжатого воздуха 1, источника водовоздушной смеси 13 и лебедки 11. Благодаря работе источника сжатого воздуха 1 под ледовым покровом по основному направляющему каналу 14 и вспомогательным направляющим каналам 15 создается воздушно-пузырьковый поток к приемному окну 9. Работа источника водовоздушной смеси 13 создает движение водовоздушной смеси через  патрубок 12 по неперфорированной части водовоздушного шланга 8 к перфорированной части водовоздушного шланга 6, где из отверстий осуществляется выход водовоздушной смеси и ее контакт с нефтью, которая находится на поверхности донных отложений и в толще воды. В процессе молекулярного прилипания к поверхности раздела двух фаз - воздуха и жидкости - нефть поднимается на поверхность воды под ледовым покровом и перемещается воздушно-пузырьковым потоком к приемному окну 9, где осуществляют ее сбор (откачку). Лебедка 11 наматывает на себя неперфорированную часть водовоздушного шланга 8 с минимальной скоростью намотки и осуществляет передвижение перфорированной части водовоздушного шланга 6 по дну водоема. Направляющие вешки 7 предназначены для контроля перемещения шланга по дну водоема и максимального охвата всей площади дна водоема перфорированной частью водовоздушного шланга 6. По мере продвижения перфорированной части водовоздушного шланга 6 направляющие вешки 7 становятся препятствием для дальнейшего его продвижения по дну водоема, как показано на Фиг. 3, и извлекаются из водоема. Отключение работы лебедки 11 осуществляют после появления из воды перфорированной части водовоздушного шланга 6. При необходимости цикл очистки повторяют до достижения требуемых показателей содержания нефти и нефтепродуктов в донных отложениях. При необходимости (зависит от карты загрязнения донных отложений нефтью) меняют размещение всех элементов, задействованных в реализации способа. Наиболее эффективное перемещение всех элементов на противоположный берег от первоначального их размещения.
Эффект от реализации способа заключается в комплексном подходе к очистке водного объекта от нефти и нефтепродуктов, включая донные отложения и толщу воды, в снижении негативного воздействия на сообщества гидробионтов в силу проведения очистки в зимний период, а также предотвращении миграции нефтяных загрязнителей в паводковый период.