УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДОЕМОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
DEVICE FOR CLEANING OF WATER RESERVOIRS FROM CONTAMINATION

Заявляемое изобретение «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» относится к охране окружающей среды, в частности к устройствам, предназначенным для специальных целей, а именно для сбора загрязнений с поверхности открытых водоемов при проведении работ по защите природных ресурсов в местах аварийных разливов нефти и нефтепродуктов.
Известен нефтесорбирующий бон (патент РФ №2183231, Е02В 15/06, 2002.06.10), выполненный в виде трубчатого элемента, имеющего сердечник из полимерного материала, обеспечивающий плавучесть бона. Вокруг сердечника расположена трубчатая оболочка из гидрофобного и олеофильного трехслойного нетканого материала, обладающего высокой нефтесорбирующей способностью. Нетканый материал имеет трехслойную структуру, наружные слои его имеют более высокую плотность, чем его внутренний слой. Трубчатую оболочку охватывает рукавная сетка из полимерных нитей. Сердечник включает закрытый с торцов цилиндрический чехол, заполненный гидроолеофобным полимерным материалом, работа известного нефтесорбирующего бона, содержащего дорогостоящую трубчатую оболочку из гидрофобного и олеофильного трехслойного нетканого материала, обладающего высокой нефтесорбирующей способностью, имеет ограниченные возможности и способна удерживать только определенное количество загрязнений, что не дает высокой производительности и эффективности, кроме того, работа такого нефтесорбирующего бона возможна только на улавливание нефти, не отделяя ее от воды для дальнейшего использования.
Известен также нефтесорбирующий бон (патент РФ №2275466, Е02В 15/06, опубл. 2006.04.27), включающий сердечник из полимерного материала, обеспечивающего плавучесть бона, расположенную вокруг сердечника трубчатую оболочку, выполненную из синтетического материала, и носитель в виде полимерных сорбирующих волокон с различной плотностью, причем сердечник представляет собой герметичную емкость или последовательно установленные герметичные емкости, а полимерные сорбирующие волокна носителя чередуются между собой и пропитаны составом из микроорганизмов и биогенного питания с высокой деструктирующей способностью к нефти и нефтепродуктам.
Недостатком вышеописанного нефтесорбирующего бона является высокая себестоимость и низкая производительность, эффективность и эксплуатационные возможности.
Данный недостаток обусловлен тем, что на известный вышеописанный нефтесорбирующий бон необходимо наносить дорогостоящее биогенное питание для микроорганизмов, а полимерные сорбирующие волокна, закрепленные на трубчатой оболочке, не привлекают к расселению природные микроорганизмы, присутствующие в водной среде, кроме того, исключается полное разделение воды от нефти с дальнейшим использованием отделенной от воды нефти.
Известен принятый за прототип концентратор для удаления двух несмешивающихся жидких загрязняющих веществ с поверхности воды (см. патент GB №1519693, кл.Е02В 15/04, F16L 11/12, опубл. 02.08 1978), который включает трубопровод, изготовленный из гибкого материала, с впускными отверстиями большего и меньшего диаметров, причем отверстие большего диаметра находится параллельно поверхности воды. Трубопровод состоит из секций различного размера, на противоположном от впускного отверстия конце трубопровода перпендикулярно друг другу расположены две секции большего и меньшего диаметров. На впускном отверстии натянута гибкая сетка для сохранения геометрии данного впускного отверстия и балластный элемент в нижней части трубопровода. Имеется как минимум одно выпускное отверстие для удаления жидкого загрязняющего вещества из концентратора, имеется также трубная муфта, подсоединенная к выпускному отверстию, и насос для удаления жидкого загрязняющего вещества. Концентратор имеет приспособление с опорной фиксированной точкой на дне водного пути. Концентратор содержит верхний поплавок на длину впускного отверстия и, как минимум, один поплавок на длину трубопровода. Площадь поперечного сечения на участке между впускным и выпускным отверстием является, в основном, постоянной величиной. Концентратор содержит концентрационный элемент с открытой поверхностью, расположенный до трубопровода, состоящий из гибкого в форме горизонтальной обоймы, соединенного с тяговым устройством ограждения с поплавковым элементом сверху и балластным элементом снизу. Концентратор с двумя V-образными поплавками сверху соединен с поплавком ограждения с обеих сторон впускного отверстия и расположенными рядом с ним. Ряд концентраторов с промежуточными и конечными ограждениями, расположенных в море, составляет систему прибрежной защиты, в которой промежуточные и конечные ограждения направляют загрязняющее вещество к соответствующему концентратору, система связана с буем, зафиксированным на дне водного пути, и с берегом водного пути.
Недостатком вышеописанного концентратора является высокая себестоимость и низкая производительность, эффективность и эксплуатационные возможности.
Эти недостатки обусловлены тем, что сам концентратор и система прибрежной защиты в виде связанных нескольких концентраторов оснащены большим количеством поплавков, гибких сеток для сохранения геометрии данного впускного отверстия решеток, балластных элементов, буйков, которые необходимо фиксировать на дне водного пути, кроме того, скорость двух несмешивающихся жидких загрязняющих веществ поверхности воды зависит от течения, ветра, прилива, откачивающих выделенную нефть насосов, поэтому производительность и эффективность нестабильны.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение производительности и эффективности, эксплуатационных возможностей при одновременном снижении себестоимости.
Поставленный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для очистки водоемов от загрязнений, состоящем из одной и более связанных с буксирными катерами емкостей, выполненных из полимерных материалов, с подводящим и отводящими отверстиями, расположенными в нижней и в верхней частях емкости для сбора нефтесодержащих эмульсий, расположенных на водной поверхности, и отвода воды и нефти, выделенных из нефтесодержащей эмульсии, согласно изобретению, в каждой емкости, выполненной в виде мягкой рукавной оболочки, в которой посредством буксирных катеров осуществляется создание движения частиц нефтесодержащей эмульсии со скоростью 0,05-1.0 м/сек, подводящее отверстие выполнено щелевым, а отводящие отверстия выполнены в виде патрубков, расположенных на стороне противоположной относительно стороны с подводящим щелевым отверстием мягкой рукавной оболочки, выполненной из полиэтилена низкого давления для маслосодержащей жидкости, а верхний патрубок, отводящий нефть, выделенную из нефтесодержащей эмульсии, связан с нефтесборщиком.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. В отличие от аналога и прототипа, использование в предлагаемом техническом решении «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» одной и более емкостей, каждая из которых выполнена из полимерных материалов, в частности из полиэтилена низкого давления для маслосодержащей жидкости, в виде мягкой рукавной оболочки с подводящим щелевым отверстием на одной из ее сторон и отводящими патрубками, расположенными в нижней и в верхней частях, противоположно расположенных относительно стороны с подводящим щелевым отверстием мягкой рукавной оболочки, позволит повысить производительность и эффективность очистки водоемов от загрязнений, особенно от нефтяных загрязнений на поверхности водоемов, поскольку сбор с помощью предложенного устройства, в которое производят, через подводящее щелевое отверстие нефтесодержащей эмульсии путем натаскивания буксирными катерами на поверхностное нефтяное загрязнение каждой мягкой рукавной оболочки из полимерных материалов, в частности из полиэтилена низкого давления для маслосодержащей жидкости, с последующим созданием посредством буксирных катеров в каждой мягкой рукавной оболочке движения частиц нефтесодержащей эмульсии со скоростью 0,05-1,0 м/сек позволит разделить слои нефтесодержащей эмульсии на две фракции, а именно водную и нефтяную, которые, с учетом их удельного веса, распределяются, соответственно, в нижней и верхней частях мягкой рукавной оболочки на одной из ее сторон с отводящими патрубками, в которые одновременно осуществляют отвод отстоявшейся воды - в нижний патрубок и отвод нефтепродуктов - в верхний патрубок, что, одновременно, дает возможность повысить производительность и эксплуатационные возможности заявленного устройства. Создаваемая буксирными катерами скорость движения частиц нефтесодержащей эмульсии, при которой осуществляли разделение слоев упомянутой нефтесодержащей эмульсии на водную (воду) и нефтяную (нефть) фракции, определялась экспериментально. Вода и нефть при создаваемой буксирными катерами скорости движения частиц нефтесодержащей эмульсии 0,6 м/сек, с учетом их удельного веса, распределялись, соответственно, в нижней и в верхней частях мягкой рукавной оболочки на одной из ее сторон с отводящими патрубками. При граничной создаваемой буксирными катерами скорости движения частиц нефтесодержащей эмульсии 0,05 м/сек разделения слоев нефтесодержащей эмульсии на водную (воду) и нефтяную (нефть) фракции происходило незначительно, поскольку наблюдалось небольшое турбулентное движение частиц воды и нефти, составляющих нефтесодержащую эмульсию. При создаваемой буксирными катерами скорости движения частиц нефтесодержащей эмульсии выше 1.0 м/сек наблюдалось значительное турбулентное движение частиц воды и нефти, составляющих нефтесодержащую эмульсию. При низкой создаваемой буксирными катерами скорости движения частиц нефтесодержащей эмульсии до 0,05 м/сек производительность способа резко падала, т.е. резко снижалась эффективность, повышалась себестоимость. Дополнительным техническим результатом в данном техническом решении «Устройство для очистки водоемов от нефтяных загрязнений на поверхности водоема» является то, что собранная нефть, отведенная через верхний патрубок в нефтесборщик - сборную емкость может использоваться по назначению, а очищенная вода сбрасывается назад в водоем, это также снижает себестоимость предложенного способа очистки и повышает в значительной степени его эффективность, а также эксплуатационные и технические возможности заявляемого устройства очистки водоемов именно от нефтяных загрязнений. Следует заметить, что в сравнении с объектом-прототипом снижается как себестоимость самого устройства, так и всего способа очистки водоемов от загрязнений в целом, поскольку конструктивное выполнение связанных между собой элементов предлагаемого устройства для очистки водоемов от загрязнений, выполненного из недорогих полимерных материалов в виде мягкой рукавной оболочки, выполненной из полиэтилена низкого давления для маслосодержащей жидкости, который держит фиксированную геометрию формы оболочки, не требует дополнительных поплавков и балластных пригрузов, в совокупности с подводящим щелевым отверстием на одной из ее сторон и отводящими патрубками, расположенными в нижней и в верхней частях, противоположно расположенных относительно стороны с подводящим щелевым отверстием, не требует сложности изготовления, не имеет большой материалоемкости, выполняется, как упоминалось выше, из дешевого материала и, в то же время, обладает высокими техническими и эксплуатационными возможностями, в совокупности признаков, поскольку позволяет повысить производительность и эффективность работы заявляемого устройства, в том числе, что также подтверждает снижение себестоимости заявленного технического решения.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения «Устройство для очистки водоемов от загрязнений», позволил установить, что заявителем не обнаружено источника, характеризующегося совокупностью признаков, тождественных всем существенным признакам заявленного технического решения. По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемого изобретения «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве для очистки водоемов от загрязнений, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» соответствует критерию "новизна".
Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить совокупность признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства для очистки водоемов от загрязнений. Результаты поиска показали, что заявленное устройство для очистки водоемов от загрязнений не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения «Устройство для очистки водоемов от загрязнений», соответствует критерию "изобретательский уровень".
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства очистки водоемов от загрязнений в совокупности признаков в том виде, как заявляемое устройство охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждают возможность их осуществления с помощью описанного в заявке примера конкретного выполнения. Выполнение конструктивных элементов, воплощающих заявленное устройство для очистки водоемов от загрязнений, способных обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно снижение себестоимости, повышение производительности, эффективности, эксплуатационных возможностей, обеспечивающих быстрое, эффективное и недорогое очищение водоемов от загрязнений, позволяет сделать вывод, что заявленное изобретение «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» соответствует критерию "промышленная применимость".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» может быть многократно использована в технологически нетрудоемком процессе выполнения устройств для очистки водоемов от загрязнений с получением технического результата, заключающегося в снижении себестоимости, повышении производительности и эффективности, эксплуатационных и технических возможностей, обеспечивающих быструю и качественную очистку водоемов от загрязнений, кроме того, дополнительным техническим результатом является использование собранной с поверхности водоема товарной нефти.
Сущность заявляемого изобретения «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» поясняется примером конкретного выполнения и схемами, где
на фиг.1 схематически представлено устройство для очистки водоемов от загрязнений (вид устройства и загрязненного водоема сверху);
на фиг.2 схематически представлена работа устройства для очистки водоемов от загрязнений и для его осуществления (вид устройства и загрязненного водоема сбоку).
Устройство для очистки водоемов от загрязнений состоит из двух емкостей 1, каждая из которых выполнена из полимерного материала, в частности полиэтилена низкого давления для маслосодержащей жидкости (ТУ2243-104-00203335-97), в виде мягкой рукавной оболочки 2 для сбора нефтесодержащей эмульсии 3, на водной поверхности 4. Каждая мягкая рукавная оболочка, выполненная из полимерного материала, в частности полиэтилена низкого давления для маслосодержащей жидкости, представляющего недорогой полимерный материал, который держит фиксированную геометрию формы оболочки, не требует дополнительных поплавков и балластных пригрузов. Мягкая рукавная оболочка 2 выполнена с подводящим щелевым отверстием 5, через которое осуществляется наполнение ее внутренней полости 6 нефтесодержащей эмульсией 3. В нижней части 7 стороны 8, противоположные стороне 9 мягкой рукавной оболочки 2, на которой расположено подводящее щелевое отверстие 5, расположен отводящий патрубок 10, предназначенный для отвода отстоявшейся воды 11, а в верхней части 12 - отводящий патрубок 13, предназначенный для отвода выделенной из нефтяной эмульсии 3 нефти 14 в сборную емкость - нефтесборщик 15. Каждая мягкая рукавная оболочка 2 снабжена датчиками предельного заполнения нефтесодержащими эмульсиями (на схеме не показаны). Отводящий патрубок 10 для отвода отстоявшейся воды 11 снабжен датчиком качества отводимой воды 16. Внешние и внутренние концы 17 и 18, соответственно, двух соединенных между собой мягких рукавных оболочек 2 закреплены на тросах 19, связанных с буксирными катерами 20.
Работа устройства для очистки водоемов от загрязнений осуществляется следующим образом.
Первоначально на водной поверхности 4, загрязненной нефтепродуктами (нефтесодержащими эмульсиями 3), устанавливают устройство, состоящее из двух емкостей 1, выполненных из полимерных материалов, в частности из полиэтилена низкого давления, для маслосодержащей жидкости (ТУ2243-104-00203335-97), мягких рукавных оболочек 2, после чего осуществляют их натаскивание с помощью буксиров 20 непосредственно на загрязненную нефтесодержащими эмульсиями 3 водную поверхность 4 - нефтяное пятно, т.е. собирают нефтесодержащую эмульсию 3 с водной поверхности 4 водоема в емкости - мягкие рукавные оболочки 2. Заполнение полостей 6 мягких рукавных оболочек 2 нефтесодержащей эмульсией 3 через щелевые отверстия 5 осуществляют натаскиванием мягких рукавных оболочек 2 с помощью буксирных катеров 20 на поверхностное нефтяное загрязнение при определенной скорости, таким образом, способствовуют созданию движения частиц нефтесодержащей эмульсии 3 во внутренней полости 6 мягкой рукавной оболочки 2 со скоростью 0,6 м/ сек. При такой экспериментально определенной скорости движения частиц нефтесодержащей эмульсии 3 осуществляют разделение слоев нефтесодержащей эмульсии 3 на водную (воду) 11 и нефтяную (нефть) 14 фракции, которые, с учетом их удельного веса, распределяляются, соответственно, в нижней 7 и в верхней 12 частях мягкой рукавной оболочки 2 на одной из ее сторон 8, содержащей отводящие патрубки 10 и 13, в которые одновременно осуществляют отвод отстоявшейся воды - в нижний патрубок 10 и отвод нефтепродуктов - в верхний патрубок 13, что значительно повышает производительность и эффективность очистки водоемов от загрязнений и одновременно дает возможность повысить эксплуатационные возможности заявленного устройства, поскольку нефтесодержащая эмульсия разделяется на фракции, а именно воду и нефть или нефтепродукты. Отвод отстоявшейся воды и нефтепродуктов через отводящие патрубки и заполнение через щелевое отверстие 5 мягкой рукавной оболочки 2 водонефтяной эмульсией с аналогичным последующим разделением и дальнейшим отводом отстоявшейся воды и нефтепродуктов производят непрерывно, что повышает производительность и эффективность работы предложенного устройства для очистки водоемов от загрязнений и его эксплуатационные возможности, а также снижает себестоимость. Весь процесс очистки водоема от загрязнений контролируют по качеству отводимой очищенной воды, которое определяют с помощью датчика качества отводимой воды 16.
Устройство для очистки водоемов от загрязнений испытывали в водоеме на запруде реки Парки Нефтеюганского района Тюменской области с огромным мазутным пятном, образовавшимся от столкновения двух цистерн с мазутом. Натаскивание мягких рукавных оболочек с помощью буксирных катеров по всему пятну разлившегося мазута проводили дважды. Скорость движения частиц нефтесодержащей эмульсии, при которой осуществляли разделение слоев нефтесодержащей эмульсии на водную (воду) и нефтяную (нефть) фракции, определяли экспериментально. Вода и нефть при скорости движения частиц нефтесодержащей эмульсии 0,6 м/сек, с учетом их удельного веса, максимально быстро и качественно распределялись, соответственно, в нижней и в верхней частях мягкой рукавной оболочки на одной из ее сторон с отводящими патрубками. При граничной скорости движения частиц нефтесодержащей эмульсии 1.0 м/сек разделения слоев нефтесодержащей эмульсии на водную (воду) и нефтяную (нефть) фракции происходило незначительно, поскольку наблюдалось турбулентное движение составляющих частиц нефтесодержащей эмульсии. При скорости движения частиц нефтесодержащей эмульсии выше 1.0 м/сек разделения слоев нефтесодержащей эмульсии на водную (воду) и нефтяную (нефть) фракции почти не происходило, поскольку наблюдалось турбулентное движение составляющих частиц нефтесодержащей эмульсии. При низкой скорости движения частиц нефтесодержащей эмульсии до 0,05 м/сек производительность очистки водоемов от загрязнений резко падала. При двукратном проходе буксирных катеров с соединенными между собой двумя мягкими рукавными оболочками при создаваемой ими скорости движения частиц нефтесодержащей эмульсии в оболочке 0,6 м/сек степень очистки в водоеме на запруде реки Парки составила 93%, а собранный мазут был направлен по назначению.
«Устройство для очистки водоемов от загрязнений» приводит к повышению производительности и эффективности работы при очистке водоемов от нефти, нефтепродуктов, а также к повышению эксплуатационных возможностей при одновременном снижении себестоимости всего процесса очистки водоемов от загрязнений.