УСТРОЙСТВО ВОЗДУШНО-ПУЗЫРЬКОВОЙ ОЧИСТКИ ТОЛЩИ ВОДЫ ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ В ВОДОТОКАХ

Полезная модель относится к области охраны окружающей среды и предназначена для очистки толщи воды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами в водотоках.
Нефть, при разливе на водном объекте, изначально находится на поверхности воды. Со временем, плотность ее увеличивается в силу прохождения физико-химических процессов трансформации нефти, сорбции минеральных частиц, и продукты трансформации нефти начинают свободно перемещаться в толще воды, а также опускаться на дно водного объекта. В водотоках агрегаты нефти перемещаются по всей толще воды и придонном слое. Для эффективной очистки водотоков требуется использование устройств, позволяющих проводить очистку не только поверхности воды, но и всей ее толщи по поперечному сечению русла водотока.
3
Известно устройство для очистки водоемов от загрязнений (Патент РФ № 2431017, МПК E02B15/06, B63B35/32, опубл. 10.10.2011), которое предназначено для сбора загрязнений с поверхности открытых водоемов и очистки толщи и придонных слоев воды от нефти и нефтепродуктов. Устройство состоит из расположенных на водной поверхности нефтесорбирующих бонов с сердечником из полимерного материала. Каждый бон снабжен сорбирующими натуральными и синтетическими волокнами одинаковой или различной длины (0,01–5,00 м), плотностью 0,01–3,00 г/см  с микроорганизмами.
Недостатком данного устройства является снижение эффективности работы устройства на водотоках с быстрым течением воды, когда натуральные и синтетические сорбирующие волокна под воздействием течения будут находиться в поверхностном слое воды, не очищая толщу воды и придонные слои, где передвигаются нефтяные агрегаты с отрицательной плавучестью. Неэффективна работа устройства и в зимний период, когда установлен ледовый покров, когда происходит вмораживание волокон в ледовый покров при его образовании; низкие температуры воды, при которых микробиологическое окисление нефти не эффективно.
Известно устройство для очистки толщи и придонных слоев воды от нефтяных загрязнений (Патент РФ № 88688, МПК E02B15/06, опубл. 20.11.2009), включающее балластный рукав с прикрепленными к нему хомутами, гибкий напорный шланг со встроенными в него пористыми распылителями воздуха, воздушный компрессор и боновые заграждения.
Основным недостатком данного устройства являются значительные трудозатраты на его сборку и подготовку к установке. Требуется длительное время для заполнения балластного рукава материалом, обеспечивающим фиксацию устройства на дне (песок, галька и др. материалы). А в зимний период, во время отрицательных температур, выполнение данного этапа сборки весьма затруднительно в силу нахождения природного балластного материала под снегом, потери сыпучести подручных материалов для заполнения балластного рукава, которые содержат влагу и находятся в замороженном состоянии.
Наиболее близко по своей сути устройство для очистки толщи воды от нефти в водотоках (Патент РФ № 151372, МПК E02B15/06, E02B15/04, опубл. 10.04.2015), предназначенное для очистки толщи воды в водотоках, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Устройство содержит гибкий перфорированный шланг, закрепляемый на дне водотока с помощью балластного устройства и подсоединяемый к источнику воздуха. Балластное устройство выполнено в виде якорной цепи, которая по всей длине посредством хомутов присоединена к гибкому перфорированному шлангу. Шланг может состоять из нескольких частей, соединенных быстроразъемными шланговыми соединениями. Перфорация стенок гибкого перфорированного шланга выполнена в виде отверстий диаметром 0,1-1,0 мм, размещенных по винтовой линии на расстоянии не более 10 мм друг от друга. В нерабочем состоянии гибкий перфорированный шланг вместе с якорной цепью намотан на транспортную катушку.
Основным недостатком данного устройства является снижение эффективности очистки толщи воды от нефти и нефтепродуктов на водотоках с сильным течением и большими глубинами. Влияние этих факторов существенно сказывается на плотности потока пузырьков воздуха, поднимающихся от дна к поверхности воды от гибкого перфорированного шланга, который образует почти плоское сечение толщи воды при подъеме воздушных пузырьков.
Задачей полезной модели является увеличение эффективности очистки от нефти и нефтепродуктов водотоков с разными глубинами и скоростями течения при сохранении возможности круглогодично использовать устройство (в период ледостава, в половодье и в межень).
Технический результат достигается путем создания объемного воздушно-пузырькового потока, для чего устройство для очистки толщи воды от нефти в водотоках содержит гибкий перфорированный шланг с присоединенными к нему по всей длине вспомогательными гибкими перфорированными шлангами, и балластное приспособление, например, якорную цепь, причем перфорированный шланг и балластное приспособление скреплены между собой посредством хомутов. Гибкий перфорированный шланг имеет возможность подсоединяться к источнику сжатого воздуха, например, воздушному компрессору. В транспортном состоянии устройство может представлять собой намотанные на катушку элементы устройства и источник сжатого воздуха, перевозимые отдельно.
Сущность полезной модели поясняется чертежом фиг.1, на котором представлена схема устройства.
Устройство работает следующим образом.
Очистка толщи воды от нефти осуществляется с помощью заявленного устройства (фиг.1), включающего гибкий перфорированный шланг 1, соединенный с балластным приспособлением 3 хомутами 4 и присоединенного к источнику сжатого воздуха 5, например, воздушному компрессору, при этом к шлангу 1 через 15-20 см присоединены гибкие вспомогательные перфорированные шланги 2 длиной до 2,0 м каждый. Источник сжатого воздуха устанавливается на берегу водотока. По всему протяжению гибкого и вспомогательных шлангов выполнены по винтовой линии отверстия диаметром 0,1–0,5 мм на небольшом расстоянии друг от друга. Гибкий перфорированный шланг и гибкие вспомогательные перфорированные шланги представляют собой шланги высокого давления, выполненный из прочного поливинилхлорида, устойчивого к механическим и химическим воздействиям.
Заявленное устройство устанавливают на дно загрязненных участков водотоков на участках, расположенных ниже по течению от источника нефтяного загрязнения, а при проведении очистных работ на водотоке - ниже участка очистных работ.
Заявленное устройство транспортируют к месту размещения и производят установку с использованием плавающих средств, разматывая с катушки и опуская его на дно водотока поперек течения. Вспомогательные перфорированные шланги длиной до 2 м могут быть присоединены перпендикулярно к гибкому перфорированному шлангу через каждые 15–20 см, и свободно плавают над основным шлангом в толще воды. Гибкий перфорированный шланг подключают к воздушному компрессору. При работе устройства из отверстий гибкого перфорированного шланга и гибких вспомогательных перфорированных шлангов выходят воздушные пузырьки в виде объемной нефтеулавливающей завесы, которые улавливают нефть по принципу молекулярного прилипания поверхности раздела двух фаз – воздуха и жидкости, и поднимают нефть на поверхность воды. При работе устройства ниже по течению водотока устанавливают известные из уровня техники конструкции для локализации нефти, например, боновые заграждения, и откачивающие нефть устройства.
После завершения работ по очистке производят сбор устройства – отсоединяют от воздушного компрессора и наматывают на катушку гибкий перфорированный шланг вместе с вспомогательными гибкими перфорированными шлангами и балластным приспособлением.
Устройство испытано в полевых условиях на участке водотока, загрязненного нефтью (ширина водотока – 5 м, глубина 0,5 м). Размещение устройства на водотоке и приведение его в рабочий режим заняло 5 минут. На участке подъема воздушных пузырьков на поверхности воды наблюдалась обильная нефтяная радужная пленка, которая задерживалась плавающими боновыми заграждениями. Ниже по течению от боновых заграждений нефтяной пленки не наблюдалось. Степень очистки от загрязнителей, передвигающихся как в придонных слоях, так и в толще воды, может достигать 98-99%.
Техническим результатом предложенного устройства является 2-3-кратное увеличение эффективности очистки толщи воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов по сравнению с прототипом. Основное преимущество устройства - возможность эффективного использования на водотоках с большими глубинами и скоростями течения, путем создания объемного воздушно-пузырькового потока. Конструктивное исполнение позволяет использовать устройство круглогодично (в период ледостава, в половодье и в межень).