СУДОВОЕ УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩЕЙ ВОДЫ ОЗОНОМ

Полезная модель относится к техническим средствам очистки воды путем обработки ее озоном. Устройство может быть использовано для финишной очистки нефтесодержащих вод, образующихся при эксплуатации судов и судовых энергетических установок, для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и населенных пунктов, для дезинфекции оборотной воды бассейнов.
Из уровня техники известны устройства для обработки озоном питьевой воды (см, например, «Устройство для озонирования питьевой воды» по авторскому свидетельству SU №1632951, МКИ C02F 1/78, опубл. 1991; «Устройство для озонирования питьевой воды» по патенту РФ №2374184 МПК C02F 1/00, опубл. 2007), состоящие из генератора озоногазовой смеси и резервуара с системами подачи и слива воды. В придонной части резервуара установлены газодиспергирующие элементы, соединенные трубопроводом с генератором озоногазовой смеси.
Недостатком устройств является большие массо-габаритные размеры, что вызывает трудности размещения объектов на судах.
К настоящему времени накоплен достаточный опыт обработки озоном и судовых нефтесодержащих вод (см. например, «Очистка нефтесодержащей подсланевой воды озоном»/ В.И. Решняк, А.И. Каляуш, К.В. Решняк // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - СПб. 2014. - Вып.5. - С.135-140; «Судовая система очистки нефтесодержащих» вод по патенту РФ №89484, МПК B63J 4/00, опубл. 10.12.2009 и др.).
Среди известных аналогов наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и назначению является устройство по патенту РФ №89484, МПК B63J4/00, опубл. 10.12.2009.
Устройство содержит три функциональных блока: предварительной, основной и финишной очистки. Блок предварительной очистки обеспечивает статическое отстаивание исходных нефтесодержащих вод (НВ) с целью выделения неэмульгированных нефтепродуктов и тяжелых примесей. Блок основной очистки предназначен для дальнейшего отделения тяжелых примесей и грубоэмульгированных нефтепродуктов. На этапе финишной очистки тонкоэмульгированные нефтесодержащие воды проходят конечную обработку, после чего они могут использоваться для судовых технических нужд или сбрасываться за борт. Блок финишной очистки включает в себя: закрытый резервуар с системами подачи и слива воды, загруженный активированным углем, озонатор с системой подачи воздуха, подсоединенный к резервуару через водовоздушный эжектор, контрольно-измерительную аппаратуру.
Известное устройство работает следующим образом.
3
Озонатор блока финишной очистки вырабатывает окислитель кислорода (O), далее через водовоздушный эжектор образованная смесь подается в резервуар с активированным углем, где происходит окисление тонкоэмульгированных нефтепродуктов и сорбция на активированном угле. Очищенная до нормируемых показателей концентрации нефтепродуктов вода сбрасывается за борт через электромагнитный клапан. Контроль степени очистки фиксирует прибор, установленный на выходе системы. В случае превышения уровня концентрации нефтепродуктов жидкость направляется в блок предварительной очистки на повторную обработку.
Недостатком прототипа является: сложность технологической схемы и конструктивного выполнения, что в свою очередь является причиной увеличенных массогабаритных размеров установки. Кроме того, в прототипе озоновоздушная смесь подается в нефтесодержащие воды в эжекторе, откуда полученная водовоздушная смесь поступает в адсорбционный фильтр, где озон может быть поглощен активированным углем, что, снижает эффективность очистки.
Предлагаемая полезная модель позволяет получить новый по сравнению с прототипом результат, заключающийся в уменьшении массогабаритных размеров устройства и улучшении качества очистки.
Для достижения указанного технического результата в судовом устройстве очистки нефтесодержащей воды озоном, содержащем, (так же как и прототип, закрытый резервуар с запорно-регулируемым трубопроводом подачи очищаемой воды и запорно-регулируемым трубопроводом слива очищенной воды, генератор озона, компрессор для подачи атмосферного воздуха и адсорбционный фильтр) в отличие от прототипа в закрытом резервуаре выделена надводная полость, в верхней части которой установлен генератор озона, выполненный в виде ультрафиолетовой лампы, при этом в придонной зоне резервуара размещен распылитель, соединенный с надводной полостью вертикальной трубкой, в свою очередь адсорбционный фильтр размещен в отдельном корпусе и соединен входом через дополнительный запорно-регулируемый трубопровод с выходом резервуара, а выходом с запорно-регулируемым трубопроводом слива очищенной воды. При этом в надводной полости резервуара установлен предохранительный клапан для выпуска избытка воздуха. При этом устройство дополнительно снабжено блоком управления, вход которого соединен с датчиком уровня воды в резервуаре, а выходы с управляемыми клапанами всех запорно-регулируемых трубопроводов.
Сущность предложенного технического решения заключается в возможности получения озона внутри резервуара за счет выполнения генератора озона в виде ультрафиолетовых ламп и размещения его в надводной полости резервуара. Совмещение в одном корпусе зоны генерирования озона и зоны его реакции с водой позволяет значительно уменьшить массогабаритные размеры установки, сократить длину трубопроводов и количество единиц запорно-регулируемой арматуры. Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет обеспечить более качественное смешивание озона с водой за счет непосредственного перехода озона в воду через границу раздела сред воздух-вода, а также за счет интенсивного диспергирования в воду озоновоздушной смеси.
Выбор ультрафиолетовых ламп для генерирования озона был сделан исходя из следующих соображений. Существует несколько способов получения озона, среди которых наиболее распространенными являются: электролитический, электросинтез в плазме газового разряда и фотохимический. Анализ различных современных конструкций озонаторов показал, что наиболее приемлемыми для обработки нефтесодержащих вод являются лампы ультрафиолетового излучения, осуществляющие фотохимический метод (см. «Очистка нефтесодержащей поде ланевой воды озоном»/ В.И. Решняк, А.И. Каляуш, К.В. Решняк // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - СПб. 2014. - Вып. 5. - С. 135-140). Причем из всех видов ультрафиолетовых ламп оптимальными характеристиками (стоимостью, безопасностью, габаритами, энергоемкостью и др.) для указанных целей обладает озонообразующая бактерицидная лампа ультрафиолетового излучения типа ДБК-9, смонтированная в облучателе ОУФБ-04.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Судовое устройство очистки нефтесодержащей воды озоном представлено на фиг. 1.
Устройство состоит из закрытого резервуара 1, в котором происходит озонирование очищаемой воды, генератора озона 2, выполненного в виде ультрафиолетовых ламп, адсорбционного фильтра 3 с загрузкой активированным углем, распылителя озоновоздушной смеси с вертикальной трубкой 4, верхний конец которой выступает над уровнем воды, блока управления 5, компрессора 6 для подачи атмосферного воздуха в резервуар 1, управляемых клапанов 7 запорно-регулируемых трубопроводов 8, предохранительного клапана 9, датчика уровня 10.
Устройство работает следующим образом: очищаемая вода, насыщенная тонкоэмульгированными нефтепродуктами, по трубопроводу 8 подается в резервуар 1. Уровень воды в емкости 1 регулируется блоком управления 5, который в зависимости от сигнала с датчика 10, подает команды на управляемые клапаны 7 трубопроводов подачи и слива воды 8. Одновременно с подачей нефтесодержащей воды в резервуар 1 через распылитель 4, находящийся в нижней части резервуара, поступает озоновоздушная смесь. Озон в надводной зоне емкости образуется с помощью ультрафиолетовых ламп 2 из атмосферного воздуха, подаваемого в резервуар компрессором 6. Давление озоновоздушной смеси, образующейся в верхней части емкости 1, регулируется предохранительным клапаном 9. Очищенная вода отводится по трубопроводу 8, пропускается через адсорбционный фильтр 3 и далее сбрасывается в водоем.
Было установлено, что процесс окисления озоном эмульгированных нефтепродуктов включает в себя следующие основные этапы:
- переход озона из озоновоздушной смеси в воду;
- растворение озона в воде;
- диффузию озона в зону реакции с эмульгированными частицами нефтепродуктов;
- собственно реакцию окисления.
При постоянном объеме очищаемой воды и постоянной подаче озона в очистное устройство реакция окисления наиболее эффективно протекает в начале процесса - при высоких значениях концентрации озона и эмульгированных нефтепродуктов. Затем скорость процесса снижается, так как в ходе реакции снижается концентрация нефтепродуктов и увеличивается расстояние и время диффузии реагирующих веществ в зону реакции. Достаточным временем очистки НВ является время, когда остаточная концентрация нефтепродуктов в воде становится равной нулю или перестает меняться. Процесс окисления считается законченным в момент появления в воде хлопьевидной массы окисленных озоном нефтепродуктов. Последующим фильтрованием масса из воды удаляется.
Заявляемая полезная модель была создана сотрудниками кафедры химии и экологии ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Устройство очистки было апробировано в лабораторных условиях. Как показали испытания, предлагаемое конструктивное решение позволяет уменьшить массу и габариты устройства очистки по сравнению с прототипом примерно в 1,5 раза и обеспечить концентрацию нефтепродуктов в рабочей жидкости после обработки озоном до 30 мг/л., а на выходе из адсорбционного фильтра до 0,05 мг/л.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявленной полезной модели критерию «промышленная применимость».