УСТАНОВКА ВОДОПОДГОТОВКИ
WATER TREATMENT APPARATUS

Изобретение относится к установке водоподготовки, в частности к установке подготовки балластной воды, для удаления отложений и/или удаления и/или уничтожения живых организмов, которая имеет по меньшей мере один фильтровальный блок и по меньшей мере один дезинфекционный блок.
Транспортировка инвазивных организмов с балластной водой представляет наибольшую опасность для мировых океанов. Для стабилизации положения суда должны принимать балластную воду, когда они не загружены или загружены не полностью. Суда транспортируют в балластной воде отложения и организмы, такие как, например, водоросли, и выпускают их по прибытии в порт или область назначения. В зависимости от маршрута судна они, естественно, не встречаются в этой области, могут распространяться в качестве инвазивных организмов при подходящих условиях существования и отсутствии естественных врагов и тем самым приводить к значительным экологическим, экономическим и санитарным нарушениям.
Современная практика обращения с балластной водой состоит в замене балластной воды в открытом море, при этом посредством морской воды вытесняют воду гавани из цистерн балластной воды. Для этого в настоящее время применяют либо способ прокачивания, либо сначала опорожняют цистерны, а затем снова заполняют морской водой. Научным обоснованием является предположение, что из-за различных условий жизни организмы из области гавани не выживают в открытом море и наоборот. Однако при большой амплитуде устойчивости организмов это не всегда так, а замена никогда не может происходить полностью из-за сложной конструкции цистерн балластной воды. Кроме того, она требует очень много времени, например, при большом танкере для сырой нефти с 100000 т балластной воды на борту она может занимать сутки. Часто по соображениям безопасности судна и команды, например, при плохих погодных условиях, от замены в открытом море полностью отказываются.
Поэтому необходимо обычную до настоящего времени замену балластной воды заменить эффективной обработкой на борту судов с тем, чтобы исключить дальнейшее распространение по всему миру инвазивных организмов за счет транспортировки в балластной воде.
3
Наряду с высокой биологической эффективностью, главное требование состоит в том, чтобы обеспечивалась возможность интегрирования способа обработки в работу судна и в систему балластной воды. При этом важно, чтобы обработка балластной воды бесперебойно функционировала при больших объемных потоках в диапазоне 50-7000 м/ч. Другими требованиями являются высокая степень автоматизации, небольшие затраты на техническое обслуживание, подходящий выбор материалов, отсутствие усиления коррозии за счет процесса дезинфекции, а также учет ситуации с монтажом установки на борту.
По сравнению с современными системами балластной воды на борту, которые представляют собой систему трубопроводов для заполнения и опорожнения цистерн балластной воды, при монтаже систем обработки необходимо учитывать то, что часть очищенной воды применяется для удаления шлама из сепараторов, например, для обратной промывки фильтров. Для того чтобы не удлинять время отбора балластной воды и тем самым время простоя судов, необходимо выбирать сепараторы, которые имеют высокую производительность по балластной воде даже при высоком содержании отложений в балластной воде.
Установка обработки балластной воды должна справляться со всеми встречающимися в мире качествами воды. Биологическое и химико-физическое качество воды подвержено сильным географическим, климатическим и сезонным колебаниям.
Балластная вода может состоять из речной, солоноватой (морской воды, смешанной с пресной) и морской воды и поэтому допускает большое разнообразие организмов, которые должны быть удалены и/или уничтожены при обработке балластной воды. Релевантные группы организмов охватывают рыб, моллюсков и оболочковых, зоопланктон, фитопланктон, кисты, бактерии, а также вирусы.
Из химико-физических параметров воды решающее значение для подготовки имеют, в частности, распределение величины частиц и концентрация взвешенных отложений (измеряемый параметр: поддающиеся фильтрации вещества). Наряду с указанными факторами влияния она дополнительно зависит от местных условий в месте забора балластной воды, таких как влияние ветра и прилива-отлива, движение соседних судов, использование привода и носового подруливающего устройства, которые приводят к завихрению отложившихся осадков и тем самым к их повышенной концентрации. В частности, в гаванях с сильным влиянием прилива и отлива возникают очень большие концентрации отложений.
Известны установки с одним или несколькими большими механическими сепараторами, которые, однако, не соответствуют условиям монтажа на борту, например, превышают обычную высоту палубы в 2,5 м. Отложение осадков в цистернах балластной воды приводит к большим затратам за счет потери грузоподъемности и очистки цистерн. Некоторые установки имеют высокую потерю давления или нуждаются в высоком давлении нагнетания насоса балластной воды. Напор современных насосов балластной воды лежит в диапазоне 1,5-4 бар, и его удается увеличивать лишь в ограниченных пределах. Применение ультрафиолетовых систем для дезинфекции балластной воды (WO 02/074692) не подходит вследствие низкой пропускной способности по воде.
Применение кавитации для дезинфекции, например, создаваемой посредством изменений профиля потока (WO 2005/108301) или с помощью ультразвука (WO 2005/076771) в трубопроводе, требует больших затрат энергии и из-за действующих сил всегда связано с повреждением материалов, например, в трубопроводах.
Другие известные способы дезинфекции, такие как применение озона (WO 2006/086073) или диоксида хлора (WO 02/44089), требуют, чтобы эти вещества были сперва получены на борту трудоемким образом. В случае диоксида хлора необходимо смешивание двух опасных химикалий перед дозированием. В случае озона также существует опасность для здоровья команды судна. Озон выходит в виде газа из воды, и поскольку цистерны балластной воды не являются замкнутыми емкостями, а имеют исходящие воздухопроводы, то токсичный газ озон может попадать в окружающую атмосферу. Дополнительно к этому, еще не окончательно выяснено, приводит ли озон к усиленной коррозии материалов, которые применяются в системе цистерн и трубопроводов балластной воды. Исходя из величины рН между 7 и 8,5 в морской воде, при озонировании может происходить образование вызывающего рак бромата из-за повышенной концентрации бромидов.
При добавлении биоцидов в качестве готовых предлагаемых в продаже химикалий (EP 1006084, EP 1447384) необходимо учитывать, что они имеют определенное время воздействия в диапазоне от часов до дней, а также имеют действие лишь в течение определенного времени. Когда длительность воздействия в цистернах балластной воды меньше времени в пути, то при необходимости должно выполняться повторное добавление на борту. Однако, если длительность воздействия не истекла, а значит, биоцид еще не израсходован, то балластную воду по соображениям защиты природы еще нельзя сливать. Это может приводить к сильным ограничениям при работе с балластной водой.
Обычные хлорные электролизы требуют минимальной проводимости воды для получения дезинфекционных средств (смотри, например, WO 2005/061394). Поскольку большинство судов предназначено для рейсов по всему миру, то в данном случае исключается область применения в речной воде (пресной воде). При низкой проводимости речной воды необходимо сначала получать с помощью электролиза дезинфекционное средство из раствора соли (WO 03/023089) или посредством добавки соли (US 2006/0113257). Этот способ имеет тот недостаток, что химикалии необходимо доставлять на борт, хранить и перед дозированием приготавливать вручную.
Кроме того, недостатком является то, что возникающий при обычном электролизе остаточный хлор нельзя сбрасывать непосредственно с балластной водой в окружающую среду. Необходимо либо выдерживать время перед сбросом имеющейся на борту воды, пока остаточная концентрация не упадет до нуля (WO 2006/003723), либо устранять остаточную концентрацию хлора за счет добавления восстановителя, например, сульфита натрия (US 2006/0113257) или тиосульфата натрия (WO 2004/054932). Для этого требуется логистика поставки, хранение, обращение и дозирование дополнительных химикалий на борту.
Обычно при водоподготовке дозирование дезинфицирующего средства осуществляется пропорционально объемному потоку (ЕР 1447384) или на основании оперативного (online) измерения концентрации дезинфицирующего средства в ходе процесса дезинфекции и его соответствующего подрегулирования (US 2006/0113257, WO 2005/061394). При этом не регистрируется непосредственное воздействие обработки, такое как фактическое уничтожение живых организмов.
Недостатком является то, что пропорциональное объемному потоку дозирование обеспечивает лишь постоянное соотношение дозирования, но не учитывает колебания качества воды и тем самым обусловленный этим различный расход дезинфицирующего средства в воде.
Обычные оперативные способы измерения для регулирования процессов дезинфекции основываются на измерении концентрации дезинфицирующего средства после завершения обработки. Для этого в большинстве случаев в потоке, параллельном главному потоку, используют потенциостатические измерительные ячейки с датчиком, при этом оперативно определяют концентрацию окислителей хлора (свободного и/или суммарного хлора), диоксида хлора, озона, брома или же радикалов ОН и используют ее в качестве регулируемой величины для дезинфекции. Встроенный фильтр перед датчиком должен предотвращать помехи, однако он легко засоряется. При измерении содержащей твердые вещества и водоросли поверхностной воды в измерительной ячейке происходит накопление частиц и биологическое обрастание, которые приводят к дополнительному расходу дезинфицирующего средства и тем самым могут приводить к неправильному измерению. Для исключения этого необходимы большие расходы на техническое обслуживание, которые обычно невозможно выполнять вследствие небольшого числа членов команды на борту. Если в воде одновременно имеется несколько окислителей, то невозможно различить дезинфицирующие средства, и регистрируется остаточная концентрация всех окислителей.
Контроль за работой современных систем балластной воды осуществляется посредством измерений объемного потока и/или измерений уровня заполнения цистерн балластной воды и сохранения соответствующих данных. Изменение уровня заполнения используется в известных способах обработки балластной воды для доказательства того, что цистерны балластной воды были опорожнены и освобождены насосами (WO 2005/10830). Однако это не является доказательством того, что балластная вода была также обработана.
Задача изобретения состоит в том, чтобы создать установку водоподготовки (водоочистки), в частности установку подготовки балластной воды, для удаления отложений и/или удаления и/или уничтожения живых организмов, которая преодолевает эти недостатки и обеспечивает надежную водоподготовку при выдерживании заданных норм относительно числа живых организмов в единице объема воды, которые отвечают, в частности, требованиям к установке подготовки балластной воды на судах.
Эта задача решается согласно изобретению с помощью установки водоподготовки по пункту 1 формулы изобретения.
При этом особенно предпочтительно, что установка имеет детектирующий блок, посредством которого можно определять число живых организмов задаваемой величины в единице объема воды, и что установка имеет управляющий блок, посредством которого можно управлять дезинфекционным блоком в зависимости от определяемого числа живых организмов.
За счет определения действительного числа живых организмов задаваемой величины в единице объема воды возможно точно регулировать дезинфекционный блок, т.е. не происходит ни слишком малая дезинфекция воды, ни слишком большая дезинфекция воды. Установка не ограничена подготовкой балластной воды, ее можно применять вообще для подготовки хозяйственно-питьевой воды как на борту судов, так и на берегу. За счет определения числа живых организмов в единице объема воды, которое затем составляет основу регулирования дезинфекционного блока, возможно приспосабливать установку к ужесточенным стандартам защиты окружающей среды и выдерживать задаваемые предельные значения, в частности, для соблюдения эксплуатационного стандарта Международной морской организации (IMO) D2, который устанавливает международно признанные нормы для сброса балластной воды в окружающую среду.
Другие предпочтительные варианты выполнения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предпочтительно, детектирующий блок подключен после дезинфекционного блока. За счет этого возможно определять качество воды, непосредственно выходящей из дезинфекционного блока.
Особенно предпочтительно, когда детектирующий блок для обнаружения живых клеток фитопланктона и/или микроорганизмов имеет флуорометр, посредством которого можно определять минимальную флуоресценцию и максимальную флуоресценцию относительно единицы объема воды, и который имеет оценочный блок, посредством которого можно проводить вычисление переменной флуоресценции, а также вычисление числа живых клеток фитопланктона и/или микроорганизмов контрольного вида.
При этом минимальная флуоресценция Fo обозначает флуоресценцию от живых и мертвых клеток, максимальная флуоресценция Fm соответствует флуоресценции, при которой по меньшей мере приблизительно все первичные акцепторы электронов восстановлены, и переменная флуоресценция Fv соответствует разнице между максимальной флуоресценцией Fm и минимальной флуоресценцией Fo, каждый раз относительно находящейся в измерительном пространстве воды и/или организмов, подлежащих проверке.
Для определения живых клеток или организмов в воде флуоресценция может быть зарегистрирована посредством флуорометра. При этом можно различать два состояния, с одной стороны, минимальную флуоресценцию Fo (темное состояние), а также максимальную флуоресценцию Fm при подводе света, в частности, света заданной длины волны. Неожиданным образом было показано, что разница максимальная флуоресценция Fm минус минимальная флуоресценция Fo, т.е. переменная флуоресценция Fv является мерой числа живых клеток фитопланктона и/или микроорганизмов в измерительном пространстве или проверяемом количестве воды и/или организмов, поскольку переменная флуоресценция Fv и число живых клеток коррелируют друг с другом.
За счет измерения минимальной флуоресценции Fo (без освещения), максимальной флуоресценции Fm (при освещении), а также вычисления переменной флуоресценции Fv за счет образования разницы Fm минус Fo, можно вычислять число живых клеток фитопланктона и/или микроорганизмов контрольного вида в измерительном пространстве или проверяемом количестве воды и/или организмов.
Альтернативно или дополнительно к вычислению переменной флуоресценции Fv за счет образования разницы максимальная флуоресценция Fm минус минимальная флуоресценция Fo возможно также регистрировать динамический ход кривой индукции флуоресценции в измерительном пространстве, в частности, путем частичной или полной регистрации временного хода кривой индукции флуоресценции и получения недостающей информации посредством интерполяции с помощью математической модели.
Интенсивность флуоресцирующего света прямо пропорциональна числу клеток контрольного вида в измерительном пространстве соответственно проверяемому количеству в воде/из воды, т.е. зависимость выражается в виде прямой, при этом наклон прямых пропорциональности является в свою очередь мерой величины отдельных клеток.
Предпочтительно, детектирующий блок для обнаружения (детектирования) живых клеток фитопланктона и/или микроорганизмов имеет флуорометр, при этом флуорометр имеет по меньшей мере один источник света и по меньшей мере один детектор.
Предпочтительно, детектирующий блок имеет проверочное пространство, которое образовано кюветкой, состоящей, в частности, из стекла или пластмассы.
Под «проверочным пространством» речь может идти об испытательном объеме, который заполнен подлежащей исследованию водой, т.е. пробой воды, однако речь может также идти о мембранном фильтре, посредством которого было отфильтровано определенное количество подлежащей исследованию воды, и при этом измерение минимальной флуоресценции Fo и максимальной флуоресценции Fm выполняют непосредственно со слоем клеток на поверхности мембранного фильтра без воды.
Предпочтительным является, когда детектирующий блок имеет по меньшей мере один источник импульсного света и/или по меньшей мере один источник непрерывного света, в частности, светодиоды (СИД).
Предпочтительно, детектирующий блок имеет несколько источников света, в частности, по меньшей мере один источник импульсного света, в частности синего света с длиной волны примерно 420 нм, и/или по меньшей мере один источник непрерывного света, в частности красного света с длиной волны 660 нм, и/или источник света с длиной волны более 700 нм.
Предпочтительно, предусмотрен блок памяти, посредством которого можно временно или постоянно запоминать определяемое число живых организмов в единице объема воды, в частности, с целью документирования. За счет этого обеспечивается проверяемая документация.
Детектирующий блок может быть соединен с управляющим блоком и блоком памяти этой установки. За счет этого обеспечивается также доказательство успешной обработки. Его можно использовать наряду с такой информацией, как длительность и вид работы с балластной водой (забор или сброс балластной воды), в качестве доказательства в так называемом журнале регистрации операций с балластной водой.
Предпочтительно, установка имеет интерфейс с системой позиционирования и/или системой навигации.
В одном предпочтительном варианте выполнения установка водоподготовки, в частности управляющий блок установки водоподготовки, связан с системой управления судна и/или с системой глобального позиционирования (GPS) судна, например, с системой навигации.
В качестве альтернативы, эти данные можно также через спутниковую связь считывать, передавать, сохранять и обрабатывать на расстоянии. В любом случае можно доказать, в каком местоположении, с какой эффективностью обработки и в каком количестве произведен забор воды или балластной воды или же, соответственно, обработанная вода или балластная вода сброшена в окружающую среду. Это облегчает возможное контролирование соблюдения законодательных требований, например, при государственном контролировании гаваней.
Предпочтительно, фильтровальный блок имеет несколько расположенных последовательно и/или параллельно фильтров, в частности, выполненных с возможностью обратной промывки фильтров. За счет этого возможно повысить качество фильтрации и/или отфильтровывать большие объемные потоки.
Предпочтительно, фильтровальный блок имеет по меньшей мере два параллельно подключенных тонких фильтра с номинальной тонкостью фильтрации, меньшей или равной 50 мкм.
В частности, при компоновке нескольких параллельных фильтров фильтровальный блок может эксплуатироваться таким образом, что по меньшей мере один фильтр служит для фильтрации подлежащей подготовке воды, в то время как параллельный фильтр одновременно очищается в режиме обратной промывки. С несколькими фильтрами фильтровальный блок может работать так, что каждый отдельный фильтр после определенного времени работы в режиме фильтрации подвергается обратной промывке, в то время как в по меньшей мере одном параллельном фильтре одновременно вода фильтруется дальше. Таким образом, можно осуществлять регулярную обратную промывку каждого отдельного фильтра, за счет чего обеспечивается постоянное качество фильтрации и предотвращается закупоривание или, соответственно, повреждения за счет последовательной обратной промывки параллельно подключенных фильтров.
Предпочтительно, фильтровальный блок имеет по меньшей мере один гидроциклон, в частности несколько параллельно подключенных гидроциклонов, в частности гидроциклон(ы) с величиной отделяемых зерен от 30 мкм до 60 мкм.
Предпочтительно, фильтровальный блок имеет по меньшей мере один грубый фильтр, в частности грубый фильтр с номинальной тонкостью фильтрации более 50 мкм.
За счет такого механического предварительного отделения возможно тщательное отделение частиц и организмов для облегчения последующей дезинфекции и уменьшения расхода дезинфицирующих средств. Кроме того, некоторые организмы, такие как резистивные отдыхающие стадии, необходимо предварительно отделять механически, поскольку им наносится недостаточный вред за счет лишь дезинфицирующих средств.
Предпочтительно, предусмотрен по меньшей мере один датчик давления, посредством которого можно определять падение давления на фильтровальном блоке.
Предпочтительно, обратная промывка фильтра или фильтров осуществляется при превышении задаваемого предельного значения падения давления на фильтровальном блоке и/или по истечении задаваемого периода времени.
Предпочтительно, обратная промывка фильтра или фильтров осуществляется посредством насоса обратной промывки, в частности, с высоким давлением воды обратной промывки, в частности, с давлением воды обратной промывки от 4 бар до 7 бар.
В одном предпочтительном варианте выполнения фильтровальный блок имеет несколько параллельно подключенных фильтров, при этом каждый отдельный фильтр можно подключать и отключать посредством управляемого клапана.
Предпочтительно, фильтровальный блок через по меньшей мере один управляемый клапан соединен с трубопроводом сырой воды, при этом трубопровод сырой воды при закрытом клапане образует байпас.
Предпочтительно, предусмотрен подающий насос, в частности, предпочтительно, когда перед фильтровальным блоком подключен подающий насос.
Предпочтительно, предусмотрен насос обратной промывки. Такой насос обратной промывки служит для подачи воды в режиме обратной промывки фильтров. Обратная промывка и тем самым действие очищения, в частности, фильтров тем эффективнее, чем выше давление воды обратной промывки.
Предпочтительно, установка имеет по меньшей мере одну цистерну, в частности цистерну балластной воды.
Предпочтительно, обратную промывку установки или отдельных компонентов установки осуществляют питьевой водой и/или технической водой и/или подготовленной посредством установки водой.
Предпочтительно, предусмотрен резервуар для приема полученных при обратной промывке фильтровальных шламов. В качестве альтернативы, однако, можно также осуществлять сброс полученных при обратной промывке фильтровальных шламов в окружающую среду, поскольку в случае балласта фильтровальные шламы содержат лишь организмы из непосредственно окружающей среды.
Предпочтительно, установка имеет закрываемый байпас. Такой байпас обеспечивает аварийный байпасный режим работы установки, чтобы при выходе из строя одного или нескольких компонентов, например, за счет закупоривания, которое требует очистки вручную, обеспечивать в любое время безопасность судна и наличие необходимого балласта.
Предпочтительно, предусмотрен по меньшей мере один датчик для измерения объемного потока, в частности, может быть предусмотрен датчик для измерения объемного потока в трубопроводе сырой воды.
Предпочтительно, датчик для измерения объемного потока расположен в трубопроводе сброса воды и/или в трубопроводе воды обратной промывки.
Предпочтительно, дезинфекция осуществляется без добавления химикалий извне. За счет отказа от добавления химикалий для дезинфекции воды, не является необходимой связанная с опасностями транспортировка, а также обращение и применение опасных химикалий в газообразном, жидком или твердом виде.
Предпочтительно, дезинфекционный блок имеет по меньшей мере одну электролизную ячейку, которой можно управлять в зависимости от определяемого числа живых организмов, в частности, живых клеток фитопланктона и/или микроорганизмов.
В одном предпочтительном варианте выполнения дезинфекционный блок имеет несколько переключаемых параллельных ветвей с по меньшей мере одной электролизной ячейкой в каждой. За счет параллельного подключения нескольких ветвей можно реализовать очень большие объемные потоки, которые обеспечивают эффективный и быстрый забор и сброс балластной воды.
Предпочтительно, посредством дезинфекционного блока можно получить короткоживущие продукты окисления, которые допускают непосредственный сброс подготовленной воды в окружающую среду.
Предпочтительно, установка имеет дегазирующее и/или вентиляционное устройство, в частности дегазирующее и/или вентиляционное устройство может быть подключено после дезинфекционного блока.
Предпочтительно, установка может работать в режиме обратной промывки и/или опорожнения цистерны, при котором посредством дезинфекционного блока происходит дезинфекция, которой можно управлять в зависимости от определяемого посредством детектирующего блока числа живых организмов задаваемой величины в единице объема воды, и/или фильтрация посредством фильтровального блока.
За счет контроля качества воды и дезинфекции воды можно соблюдать предельные нормы сброса, поскольку управление дезинфекционным блоком, который служит для дезинфекции воды в режиме обратной промывки и/или опорожнения цистерны, осуществляется в зависимости от определяемого посредством детектирующего блока числа живых организмов задаваемой величины в единице объема воды, так как имеющиеся при заполнении цистерны в воде остаточные организмы могли размножиться во время продолжительности хранения в цистерне.
Предпочтительно, установка может работать в аварийном режиме работы, при котором заполнение по меньшей мере одной цистерны балластной воды осуществляется через байпасный трубопровод в обход фильтровального блока и/или дезинфекционного блока и/или детектирующего блока. За счет этого может обеспечиваться отсутствие опасности для судна также при выходе из строя отдельных компонентов, поскольку забор и сброс балласта возможен всегда.
Предпочтительно, установка имеет модульную конструкцию, при этом, в частности, фильтровальный блок и дезинфекционный блок образуют соответствующий модуль. В качестве альтернативы, фильтровальный блок может быть разделен на несколько модулей, таких как грубый сепаратор и тонкий фильтр.
За счет модульной конструкции обеспечивается возможность лучшей интеграции установки обработки балластной воды в судно и его систему балластной воды. Подлежащие обработке объемные потоки можно обеспечивать с помощью параллельного расположения нескольких установок обработки и/или отдельных агрегатов обработки или, соответственно, модулей обработки (грубых сепараторов, тонких фильтров, электролизных ячеек).
За счет модульной конструкции установку можно специально приспосабливать к конкретному судну с тем, чтобы оптимально использовать место на борту и прокладку трубопроводов. Потеря давления в установке очень мала и составляет, в частности, менее 1,5 бар, так что можно применять насосы балластной воды с имеющимися в настоящее время напорами, а также можно заполнять высоко лежащие цистерны балластной воды. У всех компонентов высота агрегата, включая необходимую для обслуживания высоту, предпочтительно составляет меньше обычной высоты палубы в 2,5 м.
Водоподготовка с применением установки водоподготовки согласно изобретению содержит следующие стадии обработки:
1) тщательное механическое отделение частиц и отложений и большого числа организмов во время забора балластной воды;
2) последующая дезинфекция для дальнейшего уменьшения числа живых организмов перед цистернами балластной воды при заборе балластной воды;
3) последующая дезинфекция во время сброса балластной воды для выдерживания заданных норм или заданного стандарта по сбросам, в частности, для соблюдения эксплуатационного стандарта IMO D2.
Сначала выполняют тщательное механическое отделение с помощью грубых сепараторов, в частности, с помощью по меньшей мере двух параллельно подключенных гидроциклонов, и/или с помощью по меньшей мере одного грубого фильтра, и/или по меньшей мере двух тонких фильтров. За счет тщательного механического отделения с номинальной тонкостью фильтрации ≤50 мкм при заборе балластной воды удаляется большая часть организмов, а также отложений и взвешенных веществ. Для этого предпочтительно применяют систему дисковых фильтров.
За счет механического предварительного отделения разгружается дезинфекционный блок, который может быть выполнен, соответственно, меньшим. Дезинфекцию осуществляют без добавки химикалий с тем, чтобы еще уменьшить число живых организмов, прежде чем они попадут в цистерны балластной воды. Поскольку оставшиеся организмы во время рейса могут размножаться и расти, то дезинфекцию снова применяют при откачивании балластной воды, так как необходимо соблюдать предъявляемые нормы сброса, поскольку международная конвенция по балластной воде IMO требует соблюдения стандарта непосредственно при сбросе из судна.
Режим обратной промывки фильтров инициируют, когда достигается заданная потеря давления между входной и выходной сторонами, которую регистрируют посредством измерения разницы давления. В этом случае с помощью управляющего устройства запускают обратную промывку первого корпуса фильтров, а затем последовательно выполняют обратную промывку других корпусов фильтров. В качестве альтернативы, обратную промывку выполняют, когда заданная разница давления не возникает в заданном интервале времени, по окончании этого интервала времени.
Электролитический дезинфекционный блок установлен непосредственно в трубопроводе балластной воды и занимает по диаметру лишь незначительно больше места, чем фланцы, с помощью которых он соединен с трубопроводом. Доставка, хранение и добавка химикалий на борту в данном случае не требуется, что в результате соответствует короткому времени и небольшому числу команды при работе на борту. За счет получения на месте (in situ) в трубопроводе, команда не имеет контакта с окислителями и не существует риска для безопасности.
В противоположность обычному электролизу применяемый в данном случае электролиз меньше зависит от проводимости воды, в частности при применении пресной воды, в частности пресной воды с электрической проводимостью 50 мСм/м.
Непосредственно в электролизной ячейке возникает смесь из различных дезинфицирующих и окисляющих средств, в частности радикалы ОН- и кислорода и свободный хлор. Это является преимуществом, поскольку из-за сильного различия и различных чувствительностей морских организмов ни одно дезинфицирующее средство в одиночку не способно уничтожать все виды организмов. Определенное время воздействия во время дезинфекции не должно выдерживаться. Образование водорода и побочных продуктов дезинфекции меньше, чем в обычных системах электролиза. Возникающий водород удаляется с помощью постоянно работающего деаэратора и аэратора или с помощью активной дегазации. Концентрация образовавшихся побочных продуктов дезинфекции лежит ниже значений, определяемых инструкциями Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для качества питьевой воды.
Электролизную ячейку эксплуатируют так, что полученные окислители не обнаруживаются уже через 5-30 минут, и остаточная концентрация соответствует естественному остаточному значению в воде. За счет этого уменьшается опасность для окружающей среды, а балластную воду можно дезинфицировать при сбросе второй раз и сбрасывать непосредственно в окружающую среду. Кроме того, ее можно гибко эксплуатировать при различных способах сброса балласта, например, когда дополнительно используются инжекторы для опорожнения цистерн.
Непосредственное, близкое к реальному времени регулирование эффективности дезинфекции посредством управления в зависимости от обнаружения в воде живых организмов, таких как, например, водоросли, предотвращает присутствие более высоких концентраций окислителей, чем необходимо, тем самым уменьшает расход электрической энергии и предотвращает другие повреждения, такие как коррозия, в последующей системе трубопроводов и цистерн балластной воды, а также ненужную высокую концентрацию окислителей при сбросе в окружающую среду. Таким образом, отпадает необходимость добавки извне восстановителей для устранения остаточной концентрации окислителей перед сбросом. За счет этого регулирования и быстрого распада образующихся окислителей эту систему водоподготовки можно применять в открытых системах с непосредственным отводом в окружающую среду. Поэтому эту установку можно использовать также для подготовки другой морской воды, например, при применениях в отрасли промышленности по разработке континентального шельфа, в качестве охлаждающей воды или для аквакультуры.
Близкое к реальному времени контролирование и соответствующее регулирование дезинфекции по числу живых организмов является предпочтительным, в частности, при сбросе балластной воды в близких к берегу областях, где имеют место различные использования, такие как купание, аквакультура и т.д. Если результат дезинфекции не достигается, то существует опасность попадания в используемые воды возбуждающих болезни организмов, например, Vibrio chlorea, или токсичных динофлагеллантов. Однако, если при обработке применяется слишком много дезинфицирующих средств, то существует опасность образования возможно токсичных побочных продуктов дезинфекции и их непосредственного сброса.
Объемные потоки регистрируют с помощью индуктивных измерителей расхода и/или измерителей давления. В случае применения параллельных гидроциклонов в качестве грубых сепараторов перед тонкими фильтрами измеритель расхода после обычно не регулируемого по числу оборотов насоса балластной воды служит для обеспечения работы гидроциклонов в оптимальном диапазоне набегания. Подключение и отключение отдельных гидроциклонов можно осуществлять с помощью заслонок в соответствии с колебаниями объемного потока, поскольку эффективность удаления гидроциклона сильно зависит от проходящего объемного потока.
Если нет больше возможности отрегулировать ток электролизной ячейки до более высокого уровня, то уменьшают объемный поток, который регистрируют с помощью измерителя расхода после детектирующего блока, и тем самым дополнительно повышают эффективность дезинфекции.
На чертеже схематично показан пример выполнения установки водоподготовки согласно изобретению и ниже приводится его пояснение.
Установка водоподготовки согласно чертежу включена в систему балластной воды судна и имеет подающий сырую воду трубопровод 1, который соединен с забортными отверстиями судна. Для подачи морской воды предусмотрен подающий насос А. Для определения объемного потока предусмотрен датчик 10 ниже по потоку от насоса А.
Подлежащая подготовке вода подается через входной трубопровод 15 в фильтровальный блок В, который в показанном примере выполнения имеет три подключенных параллельно фильтра 11, 12, 13. С помощью датчика 14 давления определяется падение давления на фильтровальном блоке В. Если это падение давления на фильтрах 11, 12, 13 превышает заданное предельное значение, то выполняется обратная промывка фильтров 11, 12, 13 по отдельности друг за другом, в то время как соответствующие два других фильтра работают дальше в режиме фильтрации.
Предварительно фильтрованная вода подается дальше через коллектор 16 в дезинфекционный блок С, который имеет электролизную ячейку. За электролизной ячейкой С подключен детектирующий блок D, с помощью которого определяется число живых организмов в литре воды и который имеет оценочный и управляющий блок, при этом управление дезинфекционным блоком, т.е. электролизной ячейкой С, осуществляется через линию 17 передачи данных в зависимости от числа живых организмов в литре воды.
Между электролизной ячейкой С и детектирующим блоком D расположен вытяжной вентилятор 18 для того, чтобы дегазировать подаваемую воду, в частности чтобы удалить из воды образовавшийся в электролизной ячейке С водород.
Детектирующий блок D работает в побочном потоке по отношению к выходному трубопроводу, поскольку для измерения необходим лишь небольшой объем воды. Поскольку измерительный сигнал специфично зависит лишь от числа живых клеток, то высокие концентрации отложений не мешают этому измерению.
Подготовленная, т.е. отфильтрованная и дезинфицированная, вода подается через соединение 2 в цистерну балластной воды (т.н. «балластный танк»).
В трубопроводе 19 обратной промывки, который через соединение 4 подключен к неизображенной цистерне для воды, расположен насос Е обратной промывки. Насос Е обратной промывки служит для подачи воды при обратной промывке фильтров 11, 12, 13 в случае, если обратная промывка запущена на основании установленного слишком большого падения давления на фильтровальном блоке В, а также для очистки фильтров 11, 12, 13 при завершении забора балласта.
Если во время подготовки воды нет в распоряжении свежей воды, то при запуске обратной промывки через трубопровод 21 часть подготовленной воды используют для обратной промывки и подают через насос Е обратной промывки. Для контролирования объемного потока и для регистрирования общего количества подготовленной воды при работе установки без временной обратной промывки или с ней или же из-за слишком большой нагрузки за счет отложений при почти постоянном ответвлении воды через трубопровод 21 объемный поток регистрируют с помощью датчиков 22 перед вводом воды в цистерну балластной воды.
Обратная промывка фильтров 11, 12, 13 предпочтительно осуществляется водой с выхода дезинфекционного блока С. Для этого при необходимости дросселируется выходной трубопровод, и вода всасывается непосредственно через трубопровод 21 насосом Е обратной промывки. Это имеет то преимущество, что выходная вода еще имеет дезинфицирующее действие, за счет чего фильтры 11, 12, 13 при каждой обратной промывке очищаются не только механически, но и химически, и тем самым предотвращается биологическое зарастание.
В случае, когда количество выходной воды недостаточно для обратной промывки, например, для обратной промывки последнего фильтровального блока непосредственно перед остановкой работы, то используется внешняя вода через соединение 4 без дезинфекции или же через соединение 5 из цистерны балластной воды с дезинфекцией посредством подачи воды с помощью насоса А через байпас 20 к дезинфекционному блоку С.
Подающий насос А служит также для транспортировки воды во время сброса балласта, при этом перед сбросом воды в окружающую среду выполняют новую дезинфекцию с помощью дезинфекционного блока С для удаления тех клеток из воды, которые образовались за счет размножения оставшихся клеток в балластной воде во время срока хранения, чтобы снизить до подлежащего соблюдению предельного значения. Для этого предусмотрен трубопровод 21, который подключен так, что можно выполнять обратную промывку выходящей из дезинфекционного блока водой. Для этого установка имеет соединение 5 на цистерне балластной воды, через которое вода изымается из цистерны и направляется через установку подготовки, т.е., в частности, в обход фильтровального блока В по байпасу 20 через дезинфекционный блок С, с новой дезинфекцией и последующей проверкой с помощью детектирующего блока D.
Через соединение 3 подают за борт или в неизображенный резервуар для хранения полученные в результате обратной промывки фильтровальные шламы.
Таким образом, с помощью установки осуществляется обработка балластной воды посредством фильтрации и дезинфекции. При заборе балластной воды принимаемая из забортных отверстий через соединение 1 морская вода сначала фильтруется и в этом соединении дезинфицируется, а затем через соединение 2 закачивается в цистерны балластной воды. Если с судна необходимо сбросить принятую балластную воду, то при сбросе балласта осуществляется дополнительная дезинфекция воды для соблюдения заданных стандартов сброса.
Установка водоподготовки согласно чертежу допускает различные режимы работы, которые подробно поясняются ниже. При этом описание функционирования этой установки водоподготовки подразделяется следующим образом:
1. Забор балластной воды;
2. Обратная промывка фильтров во время забора балластной воды (внутренняя очистка фильтров);
3. Очистка фильтров после забора балластной воды;
4. Сброс балласта;
5. Аварийная работа через байпас.
1-й случай. Забор балластной воды
Стадии водоподготовки установки состоят из фильтрации с помощью фильтров 11, 12, 13 в виде дисковых фильтров в фильтровальном блоке В и дезинфекции С, которая основывается на принципе электролиза.
Фильтровальный блок В образован из трех параллельно подключенных фильтров 11, 12, 13 в виде дисковых фильтров. Дисковый фильтр образует фильтровальную поверхность с помощью прижимаемых друг к другу пластмассовых дисков. Они имеют канавки на верхней и нижней стороне. Канавки пересекаются, когда диски лежат друг на друге и образуют тем самым поверхность с открытыми порами на наружной стороне пакета дисков и точки задержки внутри. При этом глубина и расположение канавок определяет номинальную тонкость фильтрации и площадь поверхности фильтра. В этих фильтрах действует эффект как поверхностной, так и внутренней фильтрации, так что реальная тонкость фильтрации, а также площадь поверхности фильтра возможно отличаются от номинальных.
Дезинфекционный блок С встроен в трубопровод и имеет слегка большую окружность, чем сам трубопровод. Посредством принципа электролиза он создает окислительные средства из поверхностной воды. Для этого поперек направления течения расположены четыре пары электродов, которые выполнены в виде решетки. На этих решетках происходит электролиз протекающей через них воды. Сами решетки снабжены покрытием, которое предотвращает коррозию, но одновременно обеспечивает электропроводность. Электролиз происходит в низковольтном диапазоне. Тем самым исключается чрезмерное газообразование водорода и кислорода.
Чтобы контролировать результат дезинфекции, применяется детектирующий блок D. Этот детектирующий блок D фотометрически определяет число еще живых организмов контрольного вида определенной величины в ходе дезинфекции. Интенсивность дезинфекции в дезинфекционном блоке С регулируется с помощью детектирующего блока D, который выдает сигнал исходя из числа еще живых организмов в ходе дезинфекции. Это приводит при управлении дезинфекцией к тому, что повышается или уменьшается ток и тем самым непосредственно регулируется мощность дезинфекции через воздействие окислителей, которые образуются в электролизной ячейке, на живые организмы.
Входящие и выходящие объемные потоки регистрируются с помощью датчиков 10, 22, а давления на фильтрующих элементах 11, 12, 13 - с помощью датчика 14 давления. Далее, с помощью детектирующего блока D регистрируется определяемое число живых организмов в единице объема воды. Все зарегистрированные данные документируются, т.е. запоминаются.
С помощью контрольного и управляющего блока более высокого уровня осуществляется управление разблокированием отдельных устройств, частей установки и модулей. Если, например, обратные сообщения о позиционировании или измерительные приборы заранее имеют неправильные значения, то генерируются соответствующие сигналы тревоги, которые запрещают разблокирование.
Когда имеются все необходимые разрешения на разблокирование, то начинается забор балластной воды. Для этого включается насос А балластной воды. Балластная вода прокачивается через фильтры 11, 12, 13, затем протекает через дезинфекционный блок С и оттуда в цистерны балластной воды через соединение 2 и/или может использоваться посредством переключения заслонок для обратной промывки через трубопровод 21 непосредственно для обратной промывки, которая необходима во время забора балластной воды, когда имеется большая нагрузка отложениями. Обратная промывка запускается при достижении заданной разницы давления или по прошествии заданного интервала времени. Подробное описание обратной промывки приводится в случае 2.
2-й случай. Обратная промывка во время забора балластной воды
Фильтры 11, 12, 13 подключены параллельно. Это имеет то преимущество, что один фильтр может принимать поток воды, в то время как другой фильтр подвергается очистке. Для очистки применяется выходной поток дезинфекционного блока и тем самым фильтрат еще принимающих поток воды фильтров 11, 12, 13. Для очистки необходимо включить насос Е обратной промывки. За счет переключения заслонок обеспечивается необходимая вода, при этом она либо отбирается через соединение 4 из цистерны свежей воды, либо ответвляется через трубопровод 21 от подготовленной воды. Насос Е обратной промывки нагнетает воду назад через сторону фильтрата с повышенным давлением 6 бар через корпус фильтра и очищает его. Шлам через соединение 3 на стороне неочищенной воды отводится за борт через трубопровод для шлама или же временно хранится в резервуаре для шлама.
Длительность очистки можно задавать, например, равной 10 сек для каждого отдельного фильтра 11, 12, 13. Как только корпус фильтра очищен, заслонки снова переключают в положение фильтрации, так что можно очищать следующий корпус фильтра. Это осуществляется в строго заданной последовательности, поскольку вызывающая обратную промывку разница давления определяется лишь по всему последовательному подключению.
При обратной промывке действующая на диски за счет напряжения пружин сила компенсируется давлением насоса обратной промывки. Диски смонтированы на установочном узле фильтра. Этот установочный узел фильтра имеет окружные, тангенциально расположенные распылительные сопла, через которые выдавливается вода обратной промывки. За счет этого происходит вращение дисков, которое помогает очистке. Если заслонка обратной промывки снова закрывается, то установочный узел фильтра опускается, и сила пружины снова прижимает друг к другу теперь уже очищенные диски.
3-й случай. Очистка фильтров после забора балластной воды
После того, как необходимое количество балластной воды было забрано, и перед тем, как установка будет выключена, корпуса фильтров очищают для защиты от бактериального загрязнения и в качестве подготовки к следующим операциям с балластом. Для этого продолжают фильтрацию сырой воды. Эта операция отличается от обратной промывки тем, что корпуса фильтров после очистки больше не используются для фильтрации, и что мощность дезинфекции для этой цели устанавливают на максимум.
Сырая вода теперь фильтруется, проходит дезинфекцию С и подается непосредственно в насос Е обратной промывки через трубопровод 21. Подача в цистерны балластной воды больше не предусмотрена. Как и при нормальной обратной промывке, эту воду сбрасывают за борт. Очистка обоих последних корпусов фильтров уже не может выполняться исключительно сырой водой, поскольку в распоряжении уже нет резервуара для фильтрата. Несмотря на это, для того чтобы добиться очистки, переключают заслонку насоса А балластной воды. Затем с помощью насоса Е балластной воды из близлежащей цистерны балластной воды отбирается уже фильтрованная и дезинфицированная балластная вода, или же имеющаяся на борту техническая вода или питьевая вода направляется через соединение 4 без дезинфекции или через соединение 5 из цистерны балластной воды снова через дезинфекцию и применяется для обратной промывки.
4-й случай. Сброс балласта
Для того чтобы обеспечить возможность сброса балластной воды, воду выкачивают из цистерн балластной воды через соединение 5. Фильтры 11, 12, 13 обходятся по установленному байпасу 20 или же применяют в качестве байпаса трубопровод сырой воды самих фильтров 11, 12, 13, закрытых за счет закрывания управляемых клапанов. В этом случае балластная вода проходит непосредственно через дезинфекцию С и направляется за борт.
В соответствии с требованиями, дезинфекцию регулируют по сигналу детектирующего блока D для соблюдения стандартов сброса. В случае, когда детектирующий блок D указывает несоблюдение заданных стандартов и нельзя больше повышать ток, то с помощью дросселирования выходного объемного потока дополнительно увеличивают дозу дезинфекции за счет увеличения длительности пребывания.
В насосах балластной воды, которые должны выдавать большой объемный поток, для окончательного опорожнения цистерн балластной воды от ее остатков применяются так называемые инжекторы. Они защищают насос балластной воды от кавитации при окончательном опорожнении цистерн балластной воды от ее остатков. С помощью насоса балластной воды фильтрованная и дезинфицированная морская вода направляется через инжектор. Этот приводной поток, который направляется через сопло Лаваля, создает разряжение, с помощью которого цистерны балластной воды могут быть опорожнены. Как приводной поток, так и балластная вода из окончательного опорожнения от остатков подаются еще раз на дезинфекцию, прежде чем оба потока направляются за борт.
5-й случай. Аварийная работа через байпас
В случае, если имеет место неправильная работа одного или нескольких фильтров 11, 12, 13, дезинфекционного блока С или устройства обратной промывки, то их можно обходить в случае необходимого по причинам безопасности забора балластной воды. Для этого в обход всех устройств или модулей проходит байпас 20.