Устройство для очистки водоемов от загрязнений

Устройство для очистки водоемов от загрязнений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к устройствам, предназначенным для специальных целей, а именно для сбора загрязнений с поверхности открытых водоемов, а также очистки толщи и придонных слоев воды при проведении работ по защите природы в местах аварийных разливов нефти и нефтепродуктов.

Известен нефтесорбирующий бон (патент РФ №2183231, Е02В 15/06, 2002.06.10), выполненный в виде трубчатого элемента, имеющего сердечник из полимерного материала, обеспечивающий плавучесть бона. Вокруг сердечника расположена трубчатая оболочка из гидрофобного и олеофильного трехслойного нетканого материала, обладающего высокой нефтесорбирующей способностью. Нетканый материал имеет трехслойную структуру, наружные слои его имеют более высокую плотность, чем его внутренний слой. Трубчатую оболочку охватывает рукавная сетка из полимерных нитей. Сердечник включает закрытый с торцов цилиндрический чехол, заполненный гидроолеофобным полимерным материалом.

Недостатком известного нефтесорбирующего бона является его высокая себестоимость и низкая эффективность.

Данный недостаток обусловлен тем, что работа известного нефтесорбирующего бона, содержащего трубчатую оболочку из гидрофобного и олеофильного трехслойного нетканого материала, обладающего высокой нефтесорбирующей способностью, имеет ограниченные возможности и способна удерживать только определенное количество загрязнений, кроме того, работа такого нефтесорбирующего бона возможна только на небольшом расстоянии от поверхности воды, а в толще воды и придонном слое водотоков не позволяет «улавливать» нефть и/или нефтепродукты, перемещающиеся в толще воды и в придонных слоях воды, в связи с непосредственным расположением нефтесорбирующего бона на поверхности воды.

Известен также принятый за прототип нефтесорбирующий бон (патент РФ №2275466, Е02В 15/06, опубл. 2006.04.27), включающий сердечник из полимерного материала, обеспечивающего плавучесть бона, расположенную вокруг сердечника трубчатую оболочку, выполненную из синтетического материала, и носитель в виде полимерных сорбирующих волокон с различной плотностью, причем сердечник представляет собой герметичную емкость или последовательно установленные герметичные емкости, а полимерные сорбирующие волокна носителя чередуются между собой и пропитаны составом из микроорганизмов и биогенного питания с высокой деструктирующей способностью к нефти и нефтепродуктам.

Недостатком вышеописанного нефтесорбирующего бона является высокая себестоимость и низкая эффективность и низкие эксплуатационные и технические качества.

Данный недостаток обусловлен тем, что на известный вышеописанный нефтесорбирующий бон необходимо наносить дорогостоящее биогенное питание для микроорганизмов, а полимерные сорбирующие волокна, закрепленные на трубчатой оболочке не привлекают к расселению природные микроорганизмы, присутствующие в водной среде, кроме того, он улавливает только жидкую нефть и не улавливает эмульгированные и битуманизированные нефти.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение себестоимости и повышение эффективности работы устройства и его эксплуатационных и технических качеств.

Поставленный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для очистки водоемов от загрязнений, состоящем из одного и более расположенных на водной поверхности связанных между собой нефтесорбирующих бонов, каждый из которых включает сердечник из полимерного материала, обеспечивающий плавучесть бона с расположенной вокруг сердечника трубчатой оболочкой, согласно изобретению каждый бон снабжен натуральными и синтетическими волокнами одинаковой или различной длины, плотностью 0,01 - 3 г/см³, с микроорганизмами, причем сорбирующие натуральные и синтетические волокна закреплены на трубчатой оболочке в один и более рядов, ориентированных по длине последней, а каждый ряд содержит чередующиеся или нечередующиеся между собой переплетенные или непереплетенные между собой упомянутые натуральные и синтетические сорбирующие волокна, длина сорбирующих натуральных и синтетических волокон нефтесорбирующих бонов, расположенных на водной поверхности, равна 0,01-5 м, а каждый сердечник из полимерного материала выполнен пустотелым, заполненным пустыми и/или наполненными водой и/или грунтом пластиковыми бутылками, обеспечивающими соответствующее притопление нефтесорбирующего бона.

Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

В отличие от аналога и прототипа, использование в предлагаемом техническом решении «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» сорбирующих натуральных и синтетических волокон одинаковой или различной длины, плотностью 0,01-3 г/см³, с микроорганизмами и закрепление упомянутых выше волокон на трубчатой оболочке в один и более рядов, ориентированных по длине последней, повысит эффективность очистки водоемов от загрязнений, особенно нефтяных загрязнений, поскольку натуральное волокно лучше агдезирует, сорбирует нефть, что подтвердили испытания устройства в Мексиканском заливе в июне 2010 года. Причем использование натуральных волокон - источник питания микроорганизмов и синтетических волокон, в совокупности признаков, позволит остаткам натуральных волокон, после их разрушения, закрепиться на синтетических волокнах и в дальнейшем создавать среду для питания микроорганизмов, что одновременно дает возможность повысить эксплуатационные качества. Самым важным во многих случаях очистки водоемов именно от нефтяных загрязнений, является то, что наличие натуральных волокон позволяет улавливать битумонизируемые и эмульгированные виды нефти, что исключается при использовании одних полимерных и синтетических волокон, а это повышает в значительной степени эффективность, эксплуатационные и технические качества заявляемого устройства очистки водоемов именно от загрязнений. Достижение технического результата осуществляется также за счет того, что используются волокна различной длины, переплетенные между собой, а загрязнения на поверхности водоема в толще воды и придонном слое водотоков неоднородно, и возможность использования различных видов чередующихся сорбирующих натуральных и синтетических волокон с их различной плотностью и длиной позволяет улавливать загрязнения от больших комковых включений до мельчайших частиц, причем на практике (использование устройства в Мексиканском заливе) замечено, что концы коротких волокон лучше улавливают комковые нефтяные загрязнения, поскольку конец как бы врастает в нефтепесочный комок, который висит на нитке волокна как груз. Это объясняется тем, что куски битуманизированной нефти притягивают к себе концы коротких сорбирующих волокон, которые вибрируют и налипают на упомянутые куски битуманизированной нефти. Вибрация концов коротких сорбирующих волокон возникает от непосредственного их расположения рядом с длинными волокнами в результате завихрений частиц воды, созданных движением длинных волокон.

Дополнительным эффектом является то, что при этом одновременно снижается как себестоимость самого устройства, так и процесса очистки водоемов от загрязнений, поскольку наличие натуральных сорбирующих волокон исключает необходимость нанесения дорогостоящего биогенного питания, а расход сорбирующего материала и наносимых на него микроорганизмов снижается. Причем уменьшение микроорганизмов, наносимых на сорбирующие волокна снижается также и потому, что натуральные сорбирующие волокна притягивают к себе как к среде питания микроорганизмы из воды непосредственно. Следует также заметить, что конструктивное выполнение связанных между собой элементов предлагаемого устройства для очистки водоемов от загрязнений, как то, различные виды чередующихся сорбирующих натуральных и синтетических волокон с их различной плотностью и длиной, не требует сложности изготовления и в то же время обладает высокими техническими и эксплуатационными качествами в совокупности признаков, поскольку позволяет повысить эффективность работы устройства, в том числе на различной глубине, т.е. в толще воды и придонном слое водотоков, что также подтверждает повышение эксплуатационных качеств заявленного технического решения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения «Устройство для очистки водоемов от загрязнений», позволил установить, что заявителем не обнаружено источника, характеризующегося совокупностью признаков, тождественных всем существенным признакам заявленного технического решения. По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемого изобретения «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве для очистки водоемов от загрязнений, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» соответствует критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить совокупность признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства для очистки водоемов от загрязнений. Результаты поиска показали, что заявленное устройство для очистки водоемов от загрязнений не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» соответствует критерию "изобретательский уровень".

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства для очистки водоемов от загрязнений в совокупности признаков в том виде, как заявляемое устройство охарактеризовано в формуле изобретения, т.е. подтверждена возможность его осуществления с помощью описанного в заявке примера конкретного выполнения. Конструктивные элементы, воплощающие заявленное устройство для очистки водоемов от загрязнений при его работе, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно снижения себестоимости, повышения эффективности, эксплуатационных и технических качеств, обеспечивающих очистку водоемов от загрязнений, следовательно, заявленное изобретение «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» соответствует критерию "промышленная применимость".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» может быть многократно использована в технологически трудоемком процессе очистки водоемов от загрязнений с получением технического результата, заключающегося в снижении себестоимости, повышении эффективности, эксплуатационных и технических качеств, обеспечивающих очистку водоемов от загрязнений.

Сущность заявляемого изобретения «Устройство для очистки водоемов от загрязнений» поясняется описанными примерами конкретного выполнения и схемами, где

на фиг.1 схематически представлено устройство для очистки водоемов от загрязнений в виде связанных между собой нефтесорбирующих бонов;

на фиг.2 - схематически представлена конструкция одного нефтесорбирующего бона устройства для очистки водоемов от загрязнений;

на фиг.3 - схематически представлена конструкция одного нефтесорбирующего бона устройства для очистки водоемов от загрязнений в поперечном разрезе;

Устройство для очистки водоемов от загрязнений состоит из трех расположенных на водной поверхности, связанных между собой нефтесорбирующих бонов 1. Каждый нефтесорбирующий бон 1 состоит из сердечника 2, выполненного из полимерного материала, в частности пластика, обеспечивающего его плавучесть. Сердечник 2 из полимерного материала каждого нефтесорбирующего бона 1, расположенного на водной поверхности 3, выполняется в виде пустотелого цилиндра 4 и заполняется пустыми пластиковыми бутылками 5, обеспечивающими его плавучесть, для незначительного притопления пластиковые бутылки частично наполняются водой. Вокруг сердечника 2 из полимерного материала расположена трубчатая оболочка 6, выполненная из ленточного капрона, на которой сориентированные по ее длине в три ряда закреплены сорбирующие, чередующиеся между собой и переплетенные между собой, натуральные, являющиеся питательной средой для микроорганизмов, льняные волокна 7 плотностью 1,9 г/см³ и синтетические волокна 8 плотностью 0,19 г/см³ и 0,29 г/см³ различной длины с нанесенными на них микроорганизмами, в частности клетками Pseudomonas putida 36. Использование упомянутых натуральных волокон 7 и синтетических волокон 8, переплетенных между собой или находящихся в непосредственной близости друг от друга, позволит остаткам натуральных волокон в дальнейшем, после их разрушения, закрепиться на синтетических волокнах и создавать среду для питания микроорганизмов, что повышает эффективность, эксплуатационные и технические качества заявленного устройства. Наличие натуральных волокон, в частности льняных, позволяет улавливать битумонизируемые и эмульгированные виды нефти, которые синтетические волокна сами по себе улавливать не могут, поэтому переплетенные между собой натуральные волокна 7 и синтетические волокна 8 повышают эффективность работы заявленного устройства. Расположение в отношении направления течения загрязненной жидкости трех рядов закрепленных сорбирующих чередующихся волокон: натуральных и волокон, выполненных из синтетического материала, сориентированных по длине трубчатой оболочки, осуществляется следующим образом. Первый и второй ряды содержат синтетические волокна плотностью 0,19 г/см³ и синтетические волокна плотностью 0,29 г/см³ соответственно, переплетенные с выполненными из льняной ткани натуральными волокнами плотностью 1,9 г/см³, а третий ряд содержит только одни натуральные, выполненные из льняной ткани волокна плотностью 1,9 г/см³. На короткие волокна, расположенные рядом с длинными волокнами, налипают куски 9 битуманизированной нефти, поскольку в результате завихрений частиц воды, созданных движением длинных волокон, концы коротких волокон вибрируют и налипают на упомянутые куски 9 битуманизированной нефти.

Очистка водной поверхности от загрязнений, в частности от нефти, осуществляется с помощью заявленного устройства следующим способом.

ПРИМЕР 1. Мексиканский залив - июнь 2010 г.

Устанавливали устройство для очистки водоемов от загрязнений, состоящее из 50 (пятидесяти) установленных в один ряд, последовательно соединенных, расположенных на водной поверхности нефтесорбирующих бонов 1, которые связывали между собой с помощью кабеля, капронового жгута и лент из плотной ткани. Каждый нефтесорбирующий бон 1 был выполнен пустотелым из полимерного материала, в частности пластика, и заполнялся пустыми пластиковыми бутылками, обеспечивающими его плавучесть по водной поверхности залива. На выполненной из ленточного капрона трубчатой оболочке 6, расположенной вокруг сердечника 2 из полимерного материала, был закреплен сориентированный по ее длине один ряд сорбирующих, чередующихся между собой и переплетенных между собой, натуральных льняных, являющихся питательной средой для микроорганизмов волокон 7 плотностью 0,51/см³, от общего числа сорбирующих волокон - 50%, и синтетических волокон 8 плотностью 0,3 г/см³, от общего числа сорбирующих волокон - 50%. Использовались упомянутые сорбирующие волокна различной длины, с нанесенными на них микроорганизмами, в частности клетками Pseudomonas putida 36. Использование упомянутых сорбирующих натуральных волокон 7 и синтетических волокон 8, переплетенных между собой и непереплетенных между собой, а находящихся в непосредственной близости друг от друга, позволило в значительной степени снизить количество наносимых микроорганизмов, поскольку натуральные волокна привлекали как среда питания водные микроорганизмы Мексиканского залива. Нефтесорбирующие боны были установлены вдоль берега на удалении 15 метров. Длина сорбирующих волокон варьировала от 0,05 м до 1,25 м. Наличие сорбирующих натуральных волокон, в частности льняных, в совокупности с синтетическими волокнами позволило улавливать эмульгированный вид нефти и нефтяную пленку, и в течение двух недель уловленная нефть была доведена до полного разложения.

ПРИМЕР 2. Река Ишим (май 2010).

Устанавливали рядами двадцать два (22) устройства для очистки водоемов от загрязнений, состоящие в сумме из ста пятидесяти шести (156) бонов. Каждое устройство для очистки водоемов от загрязнений состояло из восьми последовательно соединенных, расположенных на водной поверхности нефтесорбирующих бонов 1, которые связывали между собой с помощью кабеля. Каждый нефтесорбирующий бон 1 был выполнен пустотелым из полимерного материала, в частности пластика, и заполнялся пустыми пластиковыми бутылками, обеспечивающими его плавучесть по водной поверхности реки Ишим. На выполненной из ленточного капрона трубчатой оболочке 6, расположенной вокруг сердечника 2 из полимерного материала, были закреплены сориентированные по длине трубчатой оболочки 6 два ряда сорбирующих волокон. Первый ряд состоял из сорбирующих волокон 8 одинаковой длины 1,5 м, выполненных из синтетического материала плотностью 1,5 г/см³. Второй ряд состоял из чередующихся между собой и переплетенных между собой сорбирующих волокон, а именно: натуральных шерстяных, являющихся питательной средой для микроорганизмов, волокон 7 плотностью 0,25 г/см³ и синтетических волокон 8 плотностью 0,43 г/см³ различной длины, с нанесенными на них микроорганизмами, в частности клетками Pseudomonas putida 36. Использование упомянутых сорбирующих натуральных волокон 7 и синтетических волокон 8, переплетенных между собой или находящихся в непосредственной близости друг от друга, позволило в значительной степени произвести очищение воды в реке Ишим. Нефтесорбирующие боны были установлены поперек реки Ишим. Длина сорбирующих волокон варьировала от 0,02 м до 2,75 м. Наличие сорбирующих натуральных волокон, в частности шерстяных, в совокупности с синтетическими волокнами позволило очистить воду реки на 67%, а также позволило удалить пленочную нефть на 83% в течение десяти дней.

ПРИМЕР 3. Река Тура (май-июнь 2010).

Устанавливали рядами двадцать восемь (28) устройств для очистки водоемов от загрязнений, состоящих в сумме из ста шестидесяти двух (168) бонов. Каждое устройство для очистки водоемов от загрязнений состояло из шести последовательно соединенных, расположенных на водной поверхности нефтесорбирующих бонов 1, которые связывали между собой с помощью кабеля. Каждый нефтесорбирующий бон 1 был выполнен пустотелым из полимерного материала, в частности пластика, и заполнялся пластиковыми бутылками, частично наполненными песком, обеспечивающими одновременно его плавучесть и частичное притопление по водной поверхности реки Тура. На выполненной из ленточного капрона трубчатой оболочке 6, расположенной вокруг сердечника 2 из полимерного материала, были закреплены сориентированные по длине трубчатой оболочки 6 четыре ряда сорбирующих волокон. Первый ряд состоял из сорбирующих волокон 8 одинаковой длины 1,5 м, выполненных из синтетического материала плотностью 1,5 г/см³. Второй ряд состоял из чередующихся между собой и переплетенных между собой сорбирующих волокон, а именно: натуральных шерстяных, являющихся питательной средой для микроорганизмов, волокон 7 плотностью 0,25 г/см³ и синтетических волокон 8 плотностью 0,43 г/см³ различной длины, с нанесенными на них микроорганизмами, в частности клетками Pseudomonas putida 36. Длина сорбирующих волокон варьировала от 0,2 м до 3,0 м. Третий ряд состоял из чередующихся между собой сорбирующих волокон, а именно: натуральных льняных волокон 7 одинаковой длины - 1,2 м, являющихся питательной средой для микроорганизмов, с плотностью натуральных льняных волокон 0,51 г/см³ и синтетических волокон 8 плотностью 0,43 г/см³ различной длины. Частично смытые течением реки с сорбирующих волокон второго ряда, нанесенные на них микроорганизмы, в частности клетки Pseudomonas putida 36, оседают на сорбирующих волокнах, а именно на натуральных льняных волокнах 7, являющихся питательной средой для микроорганизмов. Длина сорбирующих синтетических волокон 8 варьировала от 0,5 м до 2,75 м. Четвертый ряд состоял из сорбирующих волокон 8 одинаковой длины 2,5 м, выполненных из синтетического материала плотностью 1,5 г/см³. Использование упомянутых сорбирующих натуральных волокон 7 и синтетических волокон 8, переплетенных между собой или находящихся в непосредственной близости друг от друга, позволило в значительной степени произвести очищение воды в промышленной зоне реки Тура, на которой нефтесорбирующие боны были установлены поперек реки. Наличие сорбирующих натуральных волокон, в частности льняных и шерстяных, в совокупности с синтетическими волокнами позволило очистить воду реки на 72%, а также позволило удалить пленочную нефть на 83% в течение семи дней.

Таким образом, применение предложенного устройства приводит к снижению себестоимости, увеличению эксплуатационных и технических возможностей и повышению эффективности очистки воды от нефти, нефтепродуктов, и других загрязнений, передвигающихся потоком на поверхности воды, в толще воды и в ее придонных слоях.

1. Устройство для очистки водоемов от загрязнений, состоящее из одного и более расположенных на водной поверхности связанных между собой нефтесорбирующих бонов, каждый из которых включает сердечник из полимерного материала, обеспечивающий плавучесть бона с расположенной вокруг сердечника трубчатой оболочкой, отличающееся тем, что каждый бон снабжен сорбирующими натуральными и синтетическими волокнами одинаковой или различной длины, плотностью 0,01-3 г/см³ с микроорганизмами, причем сорбирующие натуральные и синтетические волокна закреплены на трубчатой оболочке в один или более рядов, ориентированных по длине последней, а каждый ряд содержит чередующиеся переплетенные или непереплетенные между собой упомянутые натуральные и синтетические сорбирующие волокна.

2. Устройство для очистки водоемов от загрязнений по п. 1, отличающееся тем, что длина сорбирующих натуральных и синтетических волокон нефтесорбирующих бонов, расположенных на водной поверхности, равна 0,01-5 м.

3. Устройство для очистки водоемов от загрязнений по п. 1, отличающееся тем, что каждый сердечник из полимерного материала выполнен пустотелым, заполненным пустыми и/или наполненными водой и/или грунтом пластиковыми бутылками, обеспечивающими соответствующее притопление нефтесорбирующего бона.