СИСТЕМА ОЧИСТКИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДОЕМОВ ОТ НЕФТИ И/ИЛИ НЕФТЕПРОДУКТОВ
SYSTEM FOR PURIFYING BOTTOM SETTLINGS OF WATER BODIES FROM OIL AND/OR OIL PRODUCTS

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для использования на природных и искусственных загрязненных водных объектах в местах аварийных разливов нефти и нефтепродуктов.
Известен способ очистки донных отложений обезвоживанием суспензии донных отложений и воды и термообработкой осадка горячей водой при 80°С в течение 24 часов (3 раза) с дальнейшей аэробной биологической очисткой (см. патент РФ №2246451, МПК С02F 11/02, 2003.09.16).
Недостатком данного изобретения является высокая стоимость очистки отложений за счет необходимости их изъятия для очистки из водного объекта.
Известен способ очистки донных отложений нефтешламовых накопителей (см. патент РФ №2309128, МПК С02F 11/16, 2006.02.26), где осадок непосредственно в накопителе смешивают с известковым материалом, а затем смесь из накопителя направляют на сушку в естественных условиях до 30-40% влажности. Далее смесь подвергают анаэробной биологической обработке.
Недостатком данного изобретения является высокая стоимость очистки осадка за счет необходимости его смешивания и изъятия из объекта для дальнейшей обработки, что практически не применимо на природных водных объектах.
Известен способ очистки воды и донных отложений водоемов и система очистки водоемов, содержащая модуль поверхностной очистки, состоящий из активных бонов, очищающим составом, содержащим алюмосиликаты, органические вещества и минеральные удобрения, и связанные между собой гибким трубопроводом плавающую емкость-отстойник, флотатор (придонный блок очистки), установленный на дно водоема, и блок подачи воздуха, снабженный распылителем (см. ЕА №200601718, МПК Е02В 15/04, B01J 20/00, опубл. 2007.02.27).
Недостатком системы очистки водоемов является отсутствие очистки глубоких (погребенных) слоев загрязненных донных отложений, а также размытие донных отложений, которое вызывает вторичное загрязнение придонных слоев.
Поставлена задача разработать экологически эффективную систему очистки воды и донных отложений водных объектов.
Технический результат, реализуемый при использовании заявленной системы очистки, заключается в увеличении степени очистки донных отложений.
Для достижения названного технического результата в известной системе очистки воды и донных отложений водных объектов, содержащей взаимосвязанные между собой трубопроводами плавающую емкость-отстойник, придонный блок очистки и блок подачи воздуха, снабженный распылителем, новым является то, что придонный блок очистки снабжен вибраторами механических колебаний, размещенными на внешней стороне днища, и пневматическими вибропреобразователями, установленными на внутренней стороне днища и соединенными гибким трубопроводом с блоком подачи воздуха. Отношение диаметра вибраторов механических колебаний к расстоянию между вибраторами механических колебаний равно 1:3-1:5.
Придонный блок очистки может иметь произвольную геометрическую фигуру, предпочтительнее прямоугольная форма. Прямоугольная форма экономически более приемлема при исполнении и эффективна в работе. Придонный блок очистки выполнен в виде прямоугольной формы, имеющей верхнюю, нижнюю (днище) и боковые стенки. Верхняя стенка выполнена конусообразной или пирамидальной формы, т.е. сужающейся. Сужение (к выходу образовавшихся нефтяных агрегатов) необходимо для того, чтобы не создавалась «мертвая зона» из скопившихся пузырьков воздуха в верхней части придонного блока очистки и для поднятия вверх образовавшихся агрегатов нефти и нефтепродуктов вместе с пузырьками воздуха, например, по гибкому трубопроводу в плавающую емкость-сборник.
Длина и ширина придонного блока относятся как 1:2 до 1:1 для наиболее эффективной работы системы. Высота придонного блока относится к его стороне в пределах 1:3-1:2 для более эффективной работы.
Днище придонного блока очистки выполнено в виде решетки, размеры отверстий необходимы и достаточны для прохождения нефти и нефтепродуктов сквозь них. Днище придонного блока очистки служит основанием для размещения на нем вибраторов механических колебаний и пневматических преобразователей. Вибраторы механических колебаний укреплены на днище с внешней его стороны и ориентированы в донные отложения. Крепление жесткое, например с помощью резьбового соединения. При этом вибраторы механических колебаний размещены таким образом, что соотношение их диаметра к расстоянию между ними находится от 1:3 до 1:5. Вибраторы механических колебаний могут иметь любую геометрическую форму, но предпочтительно цилиндрическую, стержневидную или конусовидную. Количество вибраторов механических колебаний определяется площадью придонного блока очистки.
В придонном блоке очистке, на внутренней стороне днища, размещены пневматические вибропреобразователи, которые приводят в действие при помощи воздушных компрессоров. Пневматические вибропреобразователи укреплены на днище таким образом, чтобы максимально эффективно передавать механические колебания на решетчатое днище с вибраторами. Крепление жесткое, например с помощью резьбового соединения. Пневматические преобразователи размещать можно как по периметру, так и в центре. Наиболее целесообразный вариант - установка преобразователей по углам придонного блока очистки и один - в центре. Количество пневматических вибропреобразователей зависит от их технических характеристик. Расстояние между пневматическими вибропреобразователями зависит от их мощности, от этого же зависит их количество. При этом между днищем и боковыми стенками придонного блока очистки размещены резиновые прокладки или подушки для гашения вибрации (на чертеже не показаны).
Распылитель воздуха, а их может быть несколько, располагают на расстоянии от решетчатого днища придонного блока очистки, таким образом, чтобы не вызвать потоки, которые бы приводили к размытию донных отложений.
С помощью пневматических преобразователей колебания передаются решетчатому днищу, а от него - к вибраторам механических колебаний. В результате чего происходит отделение агрегатов нефти и нефтепродуктов, которые приобретают положительную плавучесть и далее они с потоком воздушных пузырьков поднимаются в сужающуюся верхнюю часть придонного блока очистки.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема системы очистки воды и донных отложений водоемов.
Предлагаемая система очистки содержит придонный блок очистки 1, на внешней стороне его днища размещены вибраторы механических колебаний 2, а на внутренней стороне его днища установлены пневматические преобразователи 3, соединенные гибким трубопроводом 4 с блоком подачи воздуха 5, последний через гибкий трубопровод 6 с распылителем воздуха 7 соединен с придонным блоком очистки 1, при этом блок очистки 1 соединен через гибкий трубопровод 8 с плавающей емкостью-отстойником 9.
Система очистки работает следующим образом: на загрязненный участок водного объекта опускают на дно или удерживают на уровне поверхности донных отложений придонный блок очистки 1 с установленными на его днище (донной части) вибраторами механических колебаний 2, которые погружаются в толщу донных отложений. Включают блок подачи воздуха 5, производят регулировку подачи воздуха (не показано) к распылителю 7 и к пневматическим вибропреобразователям 3. Приводят в действие вибраторы механических колебаний 2. Отделяемые от донных отложений по средствам вибрации агрегаты нефти и/или нефтепродуктов увлекаются воздушными пузырьками, выходящими из распылителя 7 в придонный блок очистки 1, и попадают по гибкому трубопроводу 8 в плавающую приемную емкость 9. На агрегаты нефти и/или нефтепродуктов, отделенные вибрацией от донных отложений, воздействуют пузырьками воздуха из блока подачи воздуха, которые, поднимаясь к поверхности воды, увлекают за собой агрегаты нефти и/или нефтепродуктов. Аккумулированные в плавающей на поверхности воды приемной емкости-отстойнике 9 нефть и/или нефтепродукты перекачивают в емкости (на чертеже не указанно) и вывозят в места сбора переработки или утилизации.
Система очистки воды и донных отложений водоемов была апробирована в лабораторных условиях. Чистый грунт (объем ила в количестве 100 литров, ил сметанообразной консистенции) загрязняли нефтью в количестве 1500 г и в течение 15 суток ежедневно перемешивали для достижения грунтом максимального загрязнения в результате процессов сорбции. Далее загрязненный грунт помещали на дно 250-литрового аквариума слоем 20 см и в течение 3-х часов заливали водопроводной водой (которую отстаивали в течение 1 суток во избежание размытия отложений). После наполнения аквариум накрывали покровным стеклом и оставляли на 30 суток для прохождения процессов коагуляции нефти (для приближения естественных условий). Модель системы очистки воды и донных отложений от нефти приводили в действие, в частности блок придонной очистки, на котором установлены пневматические преобразователи, опускали на дно таким образом, чтобы механические вибраторы проникли в загрязненный нефтью грунт. Из блока подачи воздуха 5 (использован воздушный компрессор) по гибкому шлангу 4 подают воздух на пневматические вибропреобразователи 3 до достижения колебаний с частотой 250 Гц. В зоне работы системы, т.е. вибраторов механических колебаний 2, отмечают активный подъем агрегатов нефти, которые, проходя сквозь решетчатые отверстия в днище, поднимаются вверх. Пузырьки воздуха, выходя из распылителя 7, увлекают за собой нефтяные агрегаты. Поднимаемые током воздушных пузырьков нефтяные агрегаты поступают через гибкий трубопровод 8 в плавающую емкость - сборник 9. Пробы донных отложений отбирали с помощью трубчатого дночерпателя непосредственно перед началом эксперимента и после эксперимента и анализировали. Результаты анализа свидетельствуют о том, что среднее содержание нефти составило 19,3 г/кг сухого грунта и после эксперимента - 2,1 г/кг. Это свидетельствует о 9-кратном снижении нефти в 20-сантиметровом слое донных отложений.
Преимущества заявленного изобретения:
- возможность извлечения нефти из погребенных слоев донных отложений;
- улучшено качество очистки по сравнению с прототипом в 2-5 раз;
- отсутствие вторичного загрязнения воды, т.к. отделение нефти происходит без размытия донных отложений;
- осуществляют очистку не только нефти с поверхности, но и слоя загрязненного ила (на глубину проникновения вибраторов);
- способ реализуется без расстановки активных бонов, что уменьшает стоимость очистки донных отложений. Положительным эффектом является также и то, что очистку от нефти и/или нефтепродуктов с помощью системы осуществляют непосредственно в природных и искусственных водных объектах на загрязненных участках на всю глубину их загрязнения.