Устройство для сбора мусора и ликвидации аварийных разливов нефти, нефтепродуктов с поверхности воды
DEVICE FOR COLLECTION OF GARBAGE AND ELIMINATION OF EMERGENCY OIL AND OIL PRODUCT SPILLS FROM WATER SURFACE

Область техники
Группа изобретений относится к охране окружающей среды, в частности, к комплексу устройств для сбора антропогенного плавающего, дрейфующего мусора, нефти и нефтепродуктов с поверхности воды океанов, морей и рек.
В частности, настоящее изобретение представляет собой техническое решение, состоящее из комплекса устройств: плавучего заграждения, перемещающего нефть, нефтепродукты и/или мусор по поверхности очищаемого водного пространства к устройству, производящему сепарацию очищаемой воды и собирающему нефть, нефтепродукты и/или мусор.
Уровень техники
В настоящее время известным способом ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на воде является процесс, состоящий из двух этапов: локализации пятна разлива плавучим боновым заграждением и удаление пятна нефтепродуктов пороговым или барьерным методом с использованием устройства на основе насоса.
Недостатком такого процесса сбора нефтепродуктов является использование бонового ограждения, которое выполняет только функцию локализации распространения мусора и/или разлива нефти, нефтепродуктов, а также, в зависимости от типа ограждения, имеет ограничения по использованию, зависящие от скорости ветра, скорости траления и высоты волны.
Недостатком использования поплавковых и погружных устройств для сбора нефти, нефтепродуктов являются ограничения по эффективности, а именно: по производительности сбора нефти, нефтепродуктов; ограничения размеру попадающих в них твердых частиц, попадание которых может вывести из строя устройство; а в иных случаях - ограничения по толщине собираемой нефтяной пленки.
В настоящее время известен способ ликвидации аварийных разливов нефти, нефтепродуктов путем поглощения нефтяного пятна с поверхности воды сорбционным способом, где процессом очистки является поглощение сорбентом нефтяного пятна путем распыления сорбента в зоне аварийного разлива нефти.
Недостатком такого способа ликвидации аварийного разлива нефти, нефтепродуктов является сам процесс сборки, где требуется использование большого количества сорбента, времени, потраченного на транспортировку к месту разлива, его распыление и сбор, а также существенно ограниченный временной порог гидрофобности и олеофильности сорбента.
В настоящее время известна технология для сбора дрейфующего мусора с поверхности океанов Ocean Cleanup foundation (https://www.theoceancleanup.com/technology/), техническое решение которой состоит из двух частей: использование боновой конструкции, расположенной по течению воды для сдерживания дрейфующего мусора, и многоуровнего трала, установленного рядом с боновой конструкцией для сбора мусора.
Недостатки такого способа сбора дрейфующего мусора с поверхности воды описаны известными океанологами в отчете Drs. Kim Martini and Miriam Goldstein (http://www.deepseanews.com/2014/07/the-ocean-cleanup-part-2-technical-review-of-the-feasibility-study/), где главным недостатком такого способа является необходимость установки большого количества многоуровневых тралов, которые используются для сбора сдерживаемого мусора.
В патенте РФ №2210546, опубликованном 19.04.2002, описано устройство которое возможно использовать в очистных сооружениях водоснабжения и канализации в химической, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности, а также для удаления нефтепродуктов с поверхностей водоемов. Устройство включает плавающее маслосборное средство с механизмом пантографного типа, выполненное в виде установленных на общей раме двух вращающихся навстречу друг другу пустотелых герметичных цилиндров с гладкой или волнообразной боковой поверхностью и размещенного между ними лотка, стенки которого выполняют роль скребков. Два валка с рифленой боковой поверхностью смонтированы на общей раме параллельно двум пустотелым цилиндрам с противоположных сторон с регулируемым зазором между боковыми поверхностями валков и цилиндров с возможностью вращения навстречу друг другу (валков и цилиндров).
Недостатком этого устройства является ограниченная эффективность аварийного сбора нефти, нефтепродуктов, а именно: отсутствие технического решения, которое препятствуют попаданию в механизм твердых частиц, что может вывести устройство из строя, а также ограничения по толщине собираемой нефтяной пленки.
В патенте РФ №2192516, опубликованном 14.02.2000, описано устройство, используемое для ограждения участка акватории и предотвращающее растекание нефти и нефтепродуктов по водной поверхности. Устройство для локализации разливов нефти включает заграждение в виде эластичной надувной оболочки, трубопровод, соединенный с источником сжатого газа, установленным на берегу водоема, и подсоединенный к эластичной оболочке. Эластичная оболочка выполнена многосекционной, причем с одного конца каждая секция оболочки имеет впускной клапан, а секции расположены так, что впускные клапаны обращены в сторону ближайшего конца заграждения. Трубопровод размещен последовательно вдоль всех секций и соединен с каждой из них соответствующим впускным клапаном. Рабочее давление впускных клапанов одинаково для всех секций и равно или меньше давления в трубопроводе. Изобретение обеспечивает повышение оперативности постановки и удобства в эксплуатации устройства для локализации разливов нефти в водоемах.
Недостатком такого процесса сборка нефтепродуктов является сам принцип аварийного сбора нефти, нефтепродуктов, а именно: использование боновой конструкции, которая применима только для локализации распространения разлива и не позволяет перемещать нефтепродукты к месту сбора нефтепродуктов.
Краткое описание настоящего изобретения
Целью настоящего изобретения является создание универсального и эффективного комплекса устройств по сбору антропогенного плавающего, дрейфующего мусора, нефти и нефтепродуктов с поверхности воды океанов, морей и рек.
Указанная цель была достигнута посредством создания устройства сепарации и накопления мусора, нефти и/или нефтепродуктов.
Устройство локализации, перемещения, сепарации и накопления мусора, нефти и/или нефтепродуктов в одном из вариантов содержит:
- боновое заграждение, выполненное в форме цилиндра из плавучего материла и имеет сплошной винтообразный выступ вдоль продольной оси (шнек), используемый для перемещения мусора, нефти и/или нефтепродуктов к месту сепарации и накопления
- цилиндрическую трубу, в которую входит последняя секция бонового заграждения,
- накопитель мусора, нефти и/или нефтепродуктов, присоединенный к указанной цилиндрической трубе, при этом указанный накопитель и указанная цилиндрическая труба частично отделены друг и друга перегородкой, представляющей собой нижнюю половину сечения стыка указанного накопителя и указанной цилиндрической трубы,
- привод, приводящий во вращение указанное боновое заграждение.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения указанное боновое заграждение выполнено из композитного материала.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения указанное боновое заграждение имеет гидрофобное и/или олеофобное покрытие.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения указанное боновое заграждение представляет собой секцию, выполненную с возможностью торцевого соединения с аналогичными секциями для получения бонового заграждения необходимой длины.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения указанное боновое заграждение выполнено из гибкого материала.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения указанный привод выполнен механическим.
Боновое заграждение выполняет функции локализации мусора, нефти и/или нефтепродуктов за счет его частичной погруженности в воду, препятствуя распространению мусора, нефти и/или нефтепродуктов по поверхности в очищаемом водном пространстве.
За счет наличия сплошных винтообразных выступов (шнеков), расположенных вдоль продольной оси на боновом заграждении, и совершения вращательного движения заграждения вокруг своей оси осуществляется перемещение мусора, нефти и/или нефтепродуктов, попадающих между указанными выступами, по поверхности воды в направлении устройства, производящего сепарацию очищаемой воды, сборку и накопление мусора, нефти и нефтепродуктов.
Процесс локализации и перемещения мусора, нефти и/или нефтепродуктов в данном описанном варианте производится путем перемещения загрязненной воды между винтообразными выступами вращающегося заграждения, вращение которого производится за счет привода, к которому прикреплено указанное боновое заграждение. Таким образом мусор, нефть и/или нефтепродукты перемещаются к цилиндрической трубе и к перегородке, отделяющей указанную трубу и накопитель, где в данном случае путем регулирования погруженности перегородки относительно уровня высоты водной поверхности очищаемого водного пространства, повышая или уменьшая высоту сливного порога, тем самым регулируют толщину среза очищаемой загрязненной воды и производят слив поверхностного слоя загрязненной воды в накопитель.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения между концом цилиндрической трубы, противоположном накопителю, и берегом может быть дополнительно установлено вспомогательное заграждение, отделяющее указанные накопитель и трубу от части поверхности воды, содержащей мусор, нефть и/или нефтепродукты.
Преимуществом настоящего устройства является то, что сбор мусора, нефти и/или нефтепродуктов осуществляется в накопителе, расположенном на берегу или в береговой зоне, что существенно облегчает сбор мусора и опорожнение накопителя, то есть не требует наличия плавсредств для сбора мусора и опорожнения накопителя, а также облегчает обслуживание и управление приводом, приводящим во вращение указанное боновое заграждение.
Настоящее устройство будет более подробно описано ниже со ссылкой на соответствующие чертежи, приведенные исключительно в иллюстративных целях и никоим образом не ограничивающие рамки настоящего изобретения, которые определяются приложенной формулой изобретения.
Описание чертежей
На Фиг. 1 представлен вид сбоку секции плавучего бонового заграждения (1), выполненного в форме цилиндра, находящегося в плавучем состоянии в очищаемом водном пространстве (4), относительно уровня очищаемого водного пространства (3), имеющего сплошной винтообразный выступ (2) вдоль продольной оси (шнек).
На Фиг. 2 представлен вид сверху секции плавучего бонового заграждения (1), выполненного в форме цилиндра, находящегося в плавучем состоянии на очищаемом водном пространстве (4), имеющего сплошной винтообразный выступ (2) вдоль продольной оси (шнек).
На Фиг. 3 представлен вид сверху устройства для локализации, перемещения, сепарации и накопления нефти, нефтепродуктов (5) в открытом водном пространстве (8), состоящего из: кольцевого плавучего заграждения (1), состоящего из гибких секций бонового заграждения, находящихся в плавучем состоянии на очищаемом водном пространстве (4), имеющих сплошной винтообразный выступ (2) вдоль продольной оси (шнек), где указанное кольцевое плавучее заграждения (1) закреплено в цилиндрической трубе (6), соединенной с накопителем (7).
На Фиг. 4 представлен вид сверху устройства для локализации, перемещения, сепарации и накопления для сбора нефти, нефтепродуктов (5), размещенного в прибрежной зоне реки с указанным направлением течения реки (12), где указанное устройство содержит плавучее заграждение (1), состоящее из секций бонового заграждения, находящегося в плавучем состоянии на очищаемом водном пространстве (4), имеющего сплошной винтообразный выступ (2) вдоль продольной оси (шнек), с одной стороны закрепленного в цилиндрической трубе (6), соединенной с накопителем (7) и вспомогательным заграждением (9), с другой стороны прикрепленного (11) на противоположном берегу реки (10).
На Фиг. 5 представлен вид сверху устройства для локализации, перемещения, сепарации и накопления дрейфующего мусора (13), состоящего из: секции плавучего бонового заграждения (1), находящегося в плавучем состоянии на очищаемом водном пространстве (4), имеющего сплошной винтообразный выступ (2) вдоль продольной оси (шнек), с одной стороны закрепленного в цилиндрической трубе (6), соединенной с накопителем (7).
На Фиг. 6 представлена схема в разрезе сбоку, демонстрирующая принцип работы устройства для локализации, перемещения, сепарации и накопления, содержащего: плавучее боновое заграждение (1), находящееся в плавучем состоянии на очищаемом водном пространстве (4), имеющее сплошной винтообразный выступ (2) вдоль продольной оси (шнек), последняя секция которого входит в цилиндрическую трубу (6), присоединенную к накопителю (7), в котором скапливается мусор, нефть, нефтепродукты (20), при этом последняя секция плавучего бонового заграждения (1) присоединена к перегородке с приводом (21), а уровень очищаемого водного слоя обозначен как (15) а место его разделения обозначено как (14).
На Фиг. 7 представлена схема в разрезе сверху, демонстрирующая принцип работы устройства для локализации, перемещения, сепарации и накопления нефти, нефтепродуктов (5), содержащего: плавучее боновое заграждение (1), находящееся в плавучем состоянии на очищаемом водном пространстве (4), имеющее сплошной винтообразный выступ (2) вдоль продольной оси (шнек), с одной стороны закрепленное (18) в цилиндрической трубе (6), соединенной с накопителем (7), в котором скапливается нефть, нефтепродукты (20), с прикрепленным вспомогательным заграждением (9), приводом (16) с ручкой для его механического приведения в действие (17).
На Фиг. 8 представлена схема в поперечном сечении, демонстрирующая принцип работы устройства для локализации, перемещения, сепарации и накопления нефти, нефтепродуктов (5), содержащего: плавучее боновое заграждение (1), находящееся в плавучем состоянии на очищаемом водном пространстве (4), имеющее сплошной винтообразный выступ (2) вдоль продольной оси (шнек), с одной стороны закрепленное (18) в цилиндрической трубе (6), соединенной с накопителем (7), в котором скапливается нефть, нефтепродукты (20), и привод (16).
Подробное описание настоящего изобретения
Комплекс устройств, согласно настоящему изобретению для сбора антропогенного плавающего, дрейфующего мусора, нефти и нефтепродуктов с поверхности воды океанов, морей и рек, состоит из двух основных технических решений.
Одно из технических решений представляет собой боновое заграждение (см. Фиг. 1 и Фиг. 2), выполненное в форме цилиндра (1) из плавучего материла, обладающего высокой прочностью, стойкостью к воздействию кислот, щелочей, нефти и нефтепродуктов, необязательно заполненное твердым ячеечным материалом, газом или воздухом, имеющее сплошной винтообразный выступ (2) вдоль продольной оси (шнек), расположенное в горизонтальном положении на поверхности (3) очищаемого водного пространства (4), используемое для локализации и перемещения мусора, нефти, нефтепродуктов к месту их сепарации и накопления.
Согласно одному из вариантов настоящее изобретение представляет собой боновое заграждение (1), выполненное из плавучего композитного материла, обладающего высокой прочностью, стойкостью к воздействию кислот, щелочей, нефти и нефтепродуктов.
Указанное боновое заграждение предпочтительно выполнено из композитного материала, предпочтительно полимерного композитного материала. В качестве альтернативы указанное боновое заграждение может иметь гидрофобное и/или олеофобное покрытие. Использование композитного материала или гидрофобного и/или олеофобного покрытия позволяет предотвратить налипание мусора, нефти и/или нефтепродуктов на вращающиеся выступы бонового заграждения и, тем самым, позволяет предотвратить перенос мусора, нефти и/или нефтепродуктов на незагрязненную сторону водного пространства.
Примеры полимерных композитных материалов хорошо известны специалистам в данной области техники и включают стеклопластики, углепластики, боропластики, органопластики, текстолиты и подобные им соединения, но не ограничиваются ими.
Примеры гидрофобных и/или олеофобных покрытий также хорошо известны специалистам в данной области техники и включают парафины, силаны и силоксаны, фторсодержащие углеводороды и подобные им соединения, но не ограничиваются ими.
Согласно одному из вариантов настоящее изобретение представляет собой боновое заграждение (1), заполненное твердым ячеечным материалом, газом или воздухом.
В одном из вариантов выполнения настоящее изобретение представляет собой боновое заграждение (1), разделенное на отдельные секции, соединенные между собой.
В этом случае указанное боновое заграждение может представлять собой секцию, выполненную с возможностью торцевого соединения с аналогичными секциями для получения бонового заграждения необходимой длины. Указанное торцевое соединение секций бонового заграждения может быть выполнено любым способом, известным из уровня техники, например, с использованием фиксаторов, зажимов, пазов и любых других узлов, обеспечивающих торцевое соединение, известных из уровня техники.
В качестве альтернативы, указанное боновое заграждение может быть выполнено из гибкого материала, например, для получения замкнутого пространства очищаемой водной поверхности, как это изображено на Фиг. 3.
Указанное боновое заграждение, выполняющее функции локализации за счет частичной погруженности (3) бонового заграждения в воду, препятствует распространению мусора, нефти и/или нефтепродуктов по поверхности (4) в очищаемом водном пространстве (см. Фиг. 3).
Указанное боновое заграждение, также выполняющее функции перемещения мусора, нефти и/или нефтепродуктов (см. Фиг. 3 и 4) по поверхности воды (4), за счет скопления мусора, нефти и/или нефтепродуктов (см. Фиг. 5) между сплошными винтообразными выступами (2), расположенными вдоль продольной оси бонового заграждения, и вращательного движения бонового заграждения, совершаемого вокруг своей оси, в направлении (см. Фиг 6) устройств (6 и 7), производит перемещение мусора, нефти и/или нефтепродуктов к устройству сеперации, сепарацию (14) очищаемой воды и накопление мусора, нефти и/или нефтепродуктов в накопителе (7).
В другом аспекте настоящее изобретение представляет собой устройство, производящее локализацию, перемещение, сепарацию и накопление мусора, нефти и/или нефтепродуктов, состоящее из пяти ключевых элементов: описанного выше бонового заграждения (1), цилиндрической трубы (6), перегородки (21), привода (16) и накопителя (7).
Круглая прямая цилиндрическая труба (6) может быть выполнена из плавучего композитного материла, обладающего высокой прочностью, стойкостью к воздействию кислот, щелочей, нефти и нефтепродуктов, и имеет внутренний диаметр незначительно больше внешнего диаметра бонового заграждения (см. Фиг. 8). Указанная труба соединена с накопителем (7) и частично отделена от него перегородкой (21).
Накопитель (7) мусора, нефти и/или нефтепродуктов может быть выполнен из плавучего композитного материла, обладающего высокой прочностью, стойкостью к воздействию кислот, щелочей, нефти и нефтепродуктов, и может представлять собой полую емкость, выполненную в форме, например, прямоугольного параллелепипеда (см. Фиг. 6).
Перегородка (21) может быть выполнена из композитного материла, обладающего высокой прочностью, стойкостью к воздействию кислот, щелочей, нефти и нефтепродуктов, представляет собой ограничитель (см. Фиг. 6), распложенный между накопителем (7) и цилиндрической трубой (6). Указанная перегородка (21) перекрывает нижнюю половину сечения стыка указанного накопителя (7) и указанной цилиндрической трубы (6). Также указанная перегородка может служить местом крепления торца последней секции бонового заграждения.
В данном описанном варианте сепарация производится путем перемещения загрязненной воды по цилиндрической трубе (6) между винтообразными выступами (2) вращающегося бонового заграждения (1) к перегородке (21). Путем регулирования погруженности перегородки (21) относительно уровня (15) свободной водной поверхности очищаемого водного пространства (4), повышая или уменьшая высоту сливного порога (14), регулируется толщина среза очищаемой загрязненной воды и производится слив верхнего слоя загрязненной воды в накопитель (7).
В отличие от принципа работы винтового конвейера, где главный движущий винтовой элемент внутри вплотную прилегает к цилиндрической трубе, за счет чего происходит перемещение материала, плавучее заграждение в трубе настоящего решения не прилегает к внутренней стороне трубы, оставляя свободное пространство, необходимое для поддержания уровня воды в устройстве относительно очищаемого водного пространства и способствует свободному выводу воды, прошедшей сепарацию.
Согласно одному из вариантов, вращение бонового заграждения может производится вращательным элементом привода (18), встроенного в перегородку (21).
В одном из вариантов данное устройство может быть применено в открытом водном пространстве, размещено в растянутом виде (стрелой), например, перпендикулярно берегу, причалу для сбора дрейфующего мусора (см. Фиг. 6).
В одном из вариантов данное устройство может быть применено в открытом водном пространстве, размещено кольцом (см. Фиг. 3) для локализации точки разлива нефти и нефтепродуктов на поверхности воды.
В одном из вариантов данное устройство может быть применено в открытом водном пространстве, размещено в устье, на берегу или в прибрежной зоне реки (см. Фиг. 4).
В одном из вариантов заграждение может приводиться во вращение как естественным течением реки, так и принудительно (16): электрическим, механическим или ручным способом (17).
В одном из вариантов у цилиндрической трубы может быть установлено вспомогательное заграждение (9), препятствующее распространению нефти, нефтепродуктов и мусора.
Хотя указанные изобретения описаны в деталях выше, для специалиста в указанной области техники, очевидно, что могут быть сделаны изменения и произведены эквивалентные замены, и такие изменения и замены не выходят за рамки настоящего изобретения, которые определяются приложенной формулой изобретения.