УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДНОЙ СРЕДЫ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ (АЭРОЩУП)

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, преимущественно к устройствам для оценки степени загрязненности донных отложений, при проведении рекогносцировочных обследований донных отложений поверхностных водных объектов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.
Известен патент РФ №2251092 (G01N 1/04, 1/10, 2005.04.27) на изобретение «устройство для отбора проб воды и пульпы донных отложений», включающее размещенный в защитном корпусе сосуд, крышку сосуда с закрепленными на ней стойками и пробкой для сосуда, связанную гибким звеном с грузоподъемным механизмом на судне обслуживания и имеющую закрепленные на защитном корпусе штоки и траверсу. Устройство имеет рыхлители донных отложений и установленную между траверсой и крышкой пружину сжатия. Рыхлители донных отложений выполнены в виде скрепленных между собой одними концами пружин растяжения и ленты, на наружной поверхности которой закреплены скребки для рыхления донных отложений. Устройство снабжено закрепленными на нижнем торце защитного корпуса роликами, охватываемыми лентой, при этом вторые концы пружины растяжения и ленты закреплены на крышке
Основным недостатком устройства является сложность и громоздкость конструкции, что затрудняет его использование при обследовании поверхностных водных объектов, куда доставка специализированных плавсредств затруднительна и экономически нецелесообразна.
Известен способ экологического контроля загрязненной водной среды, донных отложений и атмосферы вдоль трассы магистральных трубопроводов, уложенных на дне водоемов, и устройство для его осуществления (патент РФ №2331876 G01N 33/00, 2008.08.20), в которое введены атомно-абсорбционный спектрофотометр и рентгенофлуоресцентный анализатор, на водозаборной линии дополнительно установлены фильтровальная установка с мембранными фильтрами для концентрирования хлорофилла, фильтровальная установка с воронкой Зейтца для отбора проб микроорганизмов, камера Ножотта для подсчета количества фитопланктона, камера Богрова для подсчета количества зоопланктона, центрифуга для определения содержания хлорофилла, геофон, гидрофон, мареограф, датчик спектрометра протонного спинового эха и электроды, подключенные своими информационными выходами через совокупность соответствующих логических схем к входам блоков анализа хлорофилла, микроорганизмов, фитопланктона, зоопланктона, гидроакустических сигналов, спин-релаксационных параметров соответственно, а носители устройств регистрации, размещенные на водной поверхности, снабжены воздухозаборным устройством, подключенным к воздухозаборным входам соответствующих блоков анализа загрязнений. Регистрируют сигналы гидрофизических полей с последующим хемилюминесцентным, хроматографическим, ионоселективным, спектральным и радиометрическим анализом проб воды, грунта и воздуха. Дополнительно измеряют временные вариации горизонтальных и вертикальных компонент вектора гидрофизического и геофизического полей в контролируемом регионе в разнесенных пунктах. Регистрируют сигналы акустического импеданса донных слоев. Выполняют детектирования молекулярных спиновых взаимодействий протонов морской воды. При последующем анализе дополнительно определяют содержание синтетических поверхностно-активных веществ в водной среде путем атомно-абсорбционной спектрофотометрии, концентрации хлорофилла, микроорганизмов, фитопланктона, зоопланктона.
Основным недостатком устройства является сложность и громоздкость конструкции, что затрудняет его использование для рекогносцировочного обследования поверхностных водных объектов, куда доставка специализированных плавсредств затруднительна и экономически нецелесообразна.
Известно устройство для экологического контроля загрязненной водной средой (полезная модель РФ №5258) содержащее первый, второй и третий водозаборные шланги, при этом каждый из них соединен с соответствующим анализатором загрязнений на содержание ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов, фенолов и/или анионов нитратов и нитритов и/или фосфатов, электрические выходы которых подключены к входам аппаратуры документирования, перистальтический насос и магистральный насос. Данное устройство является сложной конструкцией.
В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сути пробоотборник донных отложений (патент РФ №2017953 Е21В 49/02, 1994.08.15), предназначенный для отбора проб слабых водонасыщенных грунтов и ила, включающий корпус в виде цилиндрического стакана, наконечник с осевым каналом, помещенный в нижней части стакана, поршень со штоком, опору в виде горизонтального кольца с отверстием под цилиндрический стакан. Устройство имеет стойки с перекладинами, фиксирующий механизм штока, патрубок, помещенный в корпусе и установленный концентрично относительно корпуса. Корпус выполнен с ограничительным кольцом на наружной поверхности. Наконечник выполнен с наружной кольцевой проточкой и имеет также осевой канал. Осевой канал равен внутреннему диаметру патрубка. Шток связан его фиксирующим механизмом с серьгой и выполнен полым. Он имеет радиальные отверстия. В его полости помещен обратный клапан. Поршень и шток помещены в патрубке и образуют с корпусом и поршнем камеру под пробу, гидравлически связанную с внешним пространством через радиальные отверстия штока и его обратный клапан, а опора выполнена с пластиной, подпружиненной относительно опоры, установлена с возможностью горизонтального перемещения и фиксации наконечника. Фиксация наконечника обеспечивается в его наружной кольцевой проточке. В крайнем верхнем положении наконечника пластина перекрывает осевой канал наконечника. На нижней поверхности опоры выполнены кольцевые выступы. При этом устройство снабжено пластинами, которые установлены на перекладинах вдоль оси устройства. Патрубок выполнен из пластических материалов, минимально сорбирующих радионуклиды.
Основным недостатком данного устройства является необходимость большого количества итерационных манипуляций для обследования больших площадей крупных водных объектов (оконтуривания загрязненных нефтью (нефтепродуктами) донных отложений), что занимает длительное время.
Задачей, решаемой заявленной полезной моделью, является упрощение конструкции, обеспечение надежной работы устройства и увеличение точности оконтуривания площадей нефтезагрязненных участков донных отложений.
Технический результат заключается в упрощении рекогносцировочного обследования донных отложений водной среды на загрязненность нефтью и нефтепродуктами в увеличении точности, степени оконтуривания площадей нефтезагрязненных участков донных отложений.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для оценки загрязненности донных отложений водной среды нефтью и нефтепродуктами, включающем корпус, связанный с внешним пространством, согласно заявленной полезной модели корпус соединен гибкой связью с устройством подачи воздуха через шланг с возможностью перемещения по дну водоема, причем корпус выполнен в виде распылителя воздуха из микропористого материала, обеспечивающего выход из него воздуха.
Распылитель воздуха неоднородный по форме, выбран преимущественно цилиндрической формы, для наибольшего удобства работы в полевых условиях, обеспечивающей выход пузырьков воздуха во всех направлениях.
Распылитель воздуха, представляющий собой микропористое тело, выполненное, например, из керамзита, керамики, или других материалов и массой, обеспечивающей локализацию устройства на дне водоема с возможностью его незатруднительного передвижения по дну вручную. В качестве манипулятора используют воздушный шланг. У распылителя воздуха предусмотрено крепление для воздушного шланга. Для высокой прочности соединения предпочтительно использовать хомут.
В качестве устройства подачи воздуха предпочтительно применение: портативного воздушного компрессора с электропитанием от аккумуляторной батареи или портативной электростанции, ручного воздушного насоса.
Принцип работы устройства основан на способности нефти (и нефтепродуктов) к флотации (молекулярное прилипание нефти к поверхности раздела двух фаз - воздуха и жидкости). При наличии нефтяного загрязнения донных отложений, при работе устройства происходит контакт «нефть - пузырек воздуха». В результате молекулярного прилипания нефти к пузырькам происходит подъем нефтяных агрегатов на поверхность воды, где осуществляется визуальная оценка степени загрязнения.
Предлагаемое устройство (Аэрощуп) позволяет упростить процедуру рекогносцировочного обследования донных отложений водных объектов (водоемов с глубиной до 20 м, а также на участках водотоков со скоростью течения не более 0,5 м/с и глубиной не более 5 м) на загрязненность нефтью (нефтепродуктами), увеличить точность оконтуривания площадей нефтезагрязненных участков донных отложений. Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 схематически представлен план устройства.
Устройство для оценки загрязненности донных отложений водной среды нефтью и нефтепродуктами включает распылитель воздуха 1, соединенный через воздушный шланг 2 с устройством подачи воздуха 3 (фиг.1)
Устройство для оценки загрязненности донных отложений водной среды нефтью и нефтепродуктами (Аэрощуп) работает следующим образом.
Распылитель воздуха 1 опускают на дно обследуемого водного объекта на воздушном шланге 2; присоединяют воздушный шланг 2 к устройству подачи воздуха 3 (например, ручной насос, воздушный компрессор). Подают воздух. Скорость подачи воздуха может составлять, например, в объеме 10-30 л/мин. Производят передвижение по водному объекту по ранее запланированному маршруту, с фиксацией географических координат апробирования и оценкой степени загрязнения донных отложений нефтью (и/или нефтепродуктами) в соответствии со шкалой визуальной оценки степени загрязненности донных отложений (см. Приложение).
Использование устройства для визуальной оценки степени загрязнения отложений нефтью и/или нефтепродуктами (Аэрощуп) возможно в двух режимах (рабочее состояние - распылитель воздуха 1 с присоединенным к нему воздушным шлангом 2 находится на дне водного объекта; производится постоянная подача воздуха по шлангу 2 к распылителю 1 от устройства подачи воздуха 3):
1. Точечное апробирование участков дна
а) с маломерного судна (лодки) в заранее определенной точке пробоотбора (сеть станций) на дно опускается распылитель воздуха 1 с присоединенным к нему воздушным шлангом 2;
б) устройство переводится в рабочее состояние, и подают воздух в объеме не менее 10 л;
в) производят визуальное наблюдение в зоне поднятия пузырьков с фиксацией балла загрязненности отложений и географических координат;
г) повторяют операцию в каждой точке апробирования (по всей сети станций).
2. Линейное апробирование участков дна
а) с маломерного судна (лодки) в заранее определенной начальной точке пробоотбора на дно опускается распылитель воздуха 1 на воздушном шланге 2;
б) аэрощуп переводится в рабочее состояние с подачей воздуха не менее 30 л/мин;
в) производят перемещение установки (с маломерного судна или вручную) по запланированной траектории со скоростью не более 0,3 м/с, или с большей скоростью при увеличении объема подачи воздуха к распылителю (при движении по водоему - последовательно к каждой последующей точке пробоотбора по сети станций; на водотоке по поперечному разрезу реки) и одновременно производят визуальное наблюдение в зоне поднятия воздушных пузырьков с фиксацией балла загрязненности отложений (и участков смены степени загрязнения донных отложений) и географических координат (точек) на треке.
На водоемах возможно использование двух режимов обследования - точечное и линейное; на водотоках предпочтительнее используется линейное апробирование донных отложений по поперечному разрезу реки (от берега к берегу).
Конструкция заявленного устройства (Аэрощуп) проста и надежна в работе в водоемах любой загрязненности, для изготовления устройства не требуется больших материальных затрат.
Приложение
Шкала визуальной оценки степени загрязненности донных отложений с использованием аэрощупа
Степень загрязнения, балл
Внешний вид поверхности воды в месте подъема воздушных пузырьков из донных отложений
Водный объект (водоем или участок водотока выше по течению) не загрязнен нефтью или нефтепродуктами
Чистые, 0
Чистая водная поверхность, без признаков наличия нефти
Водный объект (водоем или участок водотока выше по течению) загрязнен нефтью или нефтепродуктами
Условно чистые, 1
Чистая водная поверхность, без признаков наличия нефти
Слабо загрязненные, 2
Изредка наблюдаются радужные блики на поверхности воды
Загрязненные, 3
Отчетливо видна яркая радужная пленка
Грязные, 4
Изредка агрегаты нефти, расплывающиеся в виде радужной пленки
Очень грязные, 5
Большое количество агрегатов нефти, пленка нефти