Спосіб обробки води і установка для його здійснення

Реферат: Група винаходів належить до знищення водних організмів у баластній воді суден. Воду спрямовують під тиском через трубопровід у камеру з більшим поперечним перерізом, при цьому тиск різко зменшується. Завдяки кавітації вивільнюються розчинені гази і генеруються ультразвукові коливання. Додатково воду обробляють електричним струмом і озоном, що ослаблює і/або знищує присутні у воді організми. Як генератор кавітації використано систему із послідовно розташованих двох конусних камер, на вході яких розташований кільцевий диск з центральним отвором. Винаходи сприяють комплексній обробці води і її знезараженню від водних організмів. UA 99589 C2 (12) UA 99589 C2 UA 99589 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонований винахід стосується обробки води з метою знешкодження водних організмів, що знаходяться у воді, шляхом знищення цих організмів або зменшення їх кількості до такого рівня, коли вони стають нежиттєздатними як колонії. Винахід може знайти переважне, але не виключне, застосування при обробці суднової баластної води, яка може завдавати додаткових небажаних екологічних ефектів, коли її скидають у моря чи озера, віддалені від тих місць, де вода була прийнята на борт. Сучасні судна зазвичай несуть баластну воду в танках всередині їх корпусів, щоб урівноважити й стабілізувати судно й сприяти підвищенню його маневреності. Коли вантаж взято на борт і судно занурилось у воду, баластну воду скидають із судна. Аналогічно, коли вантаж розвантажено, баластну воду приймають у баластні танки, щоб підтримувати бажану рівновагу. Завдяки тому, що об'єми води, таким чином прийнятої в танки суден чи скинутої з суден, є значними, і завдяки тому, що численні різновиди організмів населяють водойми, з яких баластна вода приймається на борт, було багато випадків випуску і в морську воду, і в прісну воду чужоземних різновидів водних організмів, часто взятих з віддаленого місцезнаходження. Ці організми ранжируються від мілких різновидів планктону до великих морських риб і містять різні патогенні бактерії та мікроорганізми (protozoa), представлені у всіх стадіях їхнього циклу розмноження. Деякі з них не мають багато природних хижаків у водах, куди вони прибувають, і якщо вони знаходять підхоже джерело їжі в цих водах, вони швидко колонізують нову для них територію і можуть почати домінувати в ній. Вони можуть таким чином стати шкідниками й загрозою для стабільності екології нового середовища проживання. Проблема визнана в цілому світі як серйозна загроза навколишньому водному середовищу, тому Міжнародна Морська Організація уклала угоду в лютому 2004 року, яка передбачає, щоб власники суден застосовували суворих і системних заходів щодо стерилізації баластної води на їх суднах. Угода зараз знаходиться ще в стадії ратифікації, тому конкретні умови відносно технологій, котрі будуть застосовуватися на практиці, все ще розглядаються. Значна винахідницька активність була спрямована, особливо в останні роки, на можливі вирішення проблеми. Головним чином пропонувались рішення з використанням хімічної обробки води, щоб знешкодити організми, які населяють її. Однак введення хімікаліїв в принципі є небажаним рішеннням, тому що хімікалії можуть забруднити води, в які скидається баластна вода, або призводити до інших шкідливих побічних ефектів. В деяких випадках застосування отруйних хімікаліїв може створити значну проблему. Для пом'якшення ефекту викиду сильнодіючих хімікаліїв у води гаваней та якірних стоянок було запропоновано, щоб хімікалії застосовувались у воді з перехідним агентом, таким як, наприклад, озон. Озон має період напіврозпаду в морській воді лише декілька хвилин, і його введення в баластну воду як стерилізуючого агента було запропоновано в патентах США №№ 6125778 (Rodden), 6516738 (Cannon) і в американській патентній заявці № 20040055966 (Nguyen та інші). Інші винахідники звернули увагу на цикл дезоксигенування води, щоб створити умови, в котрих живі організми мають тенденцію до вимирання, з наступною реоксигенацією для відновлення води до прийнятної якості на рівні різних стандартів перед тим, як її буде скинуто (див., наприклад, патент США № 5932112 (Browning)). Останній з наведених патентів також розкриває поняття початкової гіпероксигенації води. Оскільки сам по собі кисень, що знаходиться поряд з багатьма живими організмами, має біоцидний ефект завдяки його властивості окиснення, цей тип процесу має свої позитивні якості. Однак оптимальні ефекти можуть бути отримані лише за умови керованого тиску, температури та інших факторів, і рівень знешкодження водних організмів є проблематичним. Таким чином, застосування цього циклу не позбавлено технічних труднощів і вимагає значного контролю й спостереження. Було запропоновано декілька інших форм обробки, включно з використанням фільтрації та ультрафіолетового випромінювання (патентна заявка США № 20040055966 (Nguyen та інші)), нагрівання (патент США № 5816181 (Sherman)), і комбінації двох чи більше форм обробки, таких як фільтрація відцентровою сепарацією разом з піддаванням дії ультрафіолетового випромінювання чи біоцидних хімікаліїв (патент США № 6500345 (Constantine та інші)). Більшість цих пропозицій пов'язана з необхідністю застосування або довготермінових, або відносно складних процесів, які використовуються часто за обставин, що потребують різноманітного моніторингу. Дещо інший напрямок було взято в патенті США № 6402965 (Sullivan та інші), згідно якому баластну воду піддають дії ультразвуку, виходячи з того, що це є смертельним для водних організмів, і використовуючи обладнання, яке містить трубу, виготовлену з п'єзоелектричного матеріалу, що діє як ретранслятор для утворювання відповідних частот. Вода проходить через 1 UA 99589 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 цю трубу. В патенті описані також деякі ефекти інтерференції, що створюються вказаним обладнанням, які мають тенденцію руйнування водних організмів. Ультразвук як засіб знешкодження небажаних водних організмів також згадано у важливому повідомленні "Повномасштабні дослідження систем обробки баластної води", підготованому для Демонстраційного проекту технології обробки баластних вод на Великих озерах ПівнічноСхідним-Середньозахідним Інститутом, Вашингтон, округ Колумбія, та Асоциацією перевізників на Великих Озерах (видавництво Glosten-Herbert Hyde Marine, 2002), але ніякі технології застосування ультрахвуку не були розкриті. Той факт, що ультразвук згубно діє на деякі живі організми, відомий вже багато років, і його використання з цією метою було описано в літературі, наприклад, в статті "Ультразвукова дезінтеграція як метод вилучення бактеріальних ферментів", авторів P. K. Stumpf, D. E. Green та F.W. Smith Jr, опублікованій в журналі Бактеріологія (J. Bacteriology) 51 (4) 487-493 (1946) та в публікації „Мікробіальна взаємодія з фізичним середовищем" під редакцією Д.В. Тайєра (D.W. Thayer) (видавництво Dowden, Hutchinson and Ross, Inc, Строудбург, штат Пенсильванія, 1975, с. 405-493). Остання з вказаних публикацій також містить статтю, в якій було висунуто попереднє пояснення летального ефекту ультразвуку на найпростіші одноклітинні тваринні організми - протозоа та інші організми, а саме розриву плазменної мембрани внаслідок хімічного чи фізико-хімічного ефекту, викликаного кавітацією, що пов'язана з дією ультразвуку в воді, яка безпосередньо оточує клітину. (Див. сс. 402-404, стаття Ф.О. Шмітта і Б. Ухлемайєра (F. O. Schmitt and B. Uhlemeyer), опублікована в Proc. Soc. Exptl. Biol. Med., 27 (7), 626-628 (1930). У цій статті згадується відкриття, яке полягає в тому, що летальний ефект міг бути простежений при кавітації розчиненого газу, про що сповіщає C. Х. Джонсон (C. H. Johnson) в журналі Фізіологія (J. Physiol), 1929, Ixvii, 365. Подальші коментарі стосовно феномену кавітації містяться в коментарях редактора на сторінках 370-373 вказаної публікації „Мікробіальна взаємодія з фізичним середовищем". Застосування ультразвуку для обробки води насправді є привабливим, бо воно не залежить від введення додаткових хімікалій у воду, а при відповідних амплітудах і в залежності від досвіду тих, хто його застосовує, має потужний ефект знищення чи ослаблення організмів в морській воді й судноплавній прісній воді. Однак є незручності, пов'язвні з тим, що стандартні методи генерування ультразвуку та його моніторінгу є відносно складними, а пов'язане з ними обладнання, в контексті корабельного життя, є відносно крихким. У зв'язку зцим задачею винаходу є забезпечення способу й установку піддавання дії ультразвуку води, яка містить шкідливі організми, наприклад, баластної води, щоб вилучити ці організми з води, причому в такий спосіб, що є відносно простим, а пов'язане з ним обладнання є відносно міцним. Подальша задача полягає в тому, щоб забезпечити спосіб і установку, які можуть викликати щонайменше одну різку зміну тиску в баластній воді, й переважно множину таких різких змін тиску, що також є спроможним нищити чи ослаблювати такі організми. Інша задача полягає в тому, щоб забезпечити спосіб і установку, які можуть за допомогою відносно простого електричного обладнання створювати електрохімічні сили в воді, з якої повинні бути вилучені водні організми, а саме такі сили, які здатні виділити щонайменше один газ, що є шкідливим для вказаних організмів, і змішувати газ із водою так, щоб поверхневий контакт поміж газом і водою був збільшеним. Згідно з винаходом, що пропонується, спосіб обробки води, в якій є водні організми, містить переміщення води під тиском через трубопровід в камеру з поперечним перерізом більшим ніж переріз трубопроводу, так, щоб різко зменшити тиск води і викликати кавітацію, яка створює ультразвукові коливання, внаслідок чого воду піддають дії ультразвукових коливань та кавітації. Вода може бути судновою баластною водою. Камера та пов'язані з нею трубопроводи переважно є частиною реактора, через який прокачують воду. Якщо вода є судновою баластною водою, спосіб краще застосовувати, коли воду приймають в баласт ніж тоді, коли баластну воду скидають. Трубопровід, що направляє воду до камери, містить першу частину взагалі постійного поперечного перерізу, через яку вода подається під тиском, і частину, поперечний переріз якої зменшується прогресивно перед виходом в камеру збільшеного поперечного перерізу, де відбувається кавітація. Таким чином, тиск води підвищується, коли вона входить в частину, поперечний переріз якої зменшується, а потім тиск різко знижується, як тільки вода входить в камеру, де відбувається кавітація. Така послідовність підсилює ефект кавітації у порівнянні з тим, якби трубопровід, що направляє воду до камери, мав постійний поперечний переріз скрізь вздовж нього. 2 UA 99589 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При кавітації коливання суміжних структур мають тенденцію відбуватись з частотами, що містять або включають ультразвукову складову. Якщо кавітація має місце в компонентах, виготовлених з м'якої сталі чи інших звичайних металів, вона викликає точкову корозію металу. Точкова корозія зменшується до більшої або меншої міри, коли компоненти виготовлено з певних сортів нержавіючої сталі. В способі й установці за винаходом точковій корозії запобігають завдяки використанню нержавіючої сталі й футеруванню відповідних компонентів відомим керамічним або іншим матеріалом, який усуває чи дуже зменшує рівень точкової корозії. Декілька матеріалів з такими властивостями є комерційно доступними. Альтернативно, може застосовуватись спеціальний метал, який є відносно стійким проти точкової коррозії. Щонайменше один такий метал є комерційно доступним. Подробиці наведено нижче. Ефект різкого зниження тиску в реакторній камері має вивільнити розчинені гази з води в газоподібну фазу, а ультразвукове коливання відбувається в середовищі пузирів газу, що руйнуються. Це приводить до інтенсивного механічного перемішування у воді. Ефект такого перемішування у сукупності з хімічним ефектом газів, що діють на поверхні водних організмів, є згубним або знезаражуючим для організмів. Згубний ефект ультразвукових коливань для водних організмів збільшується згідно з винаходом шляхом підведення електричного струму до елекродів, занурених у воду, внаслідок чого відбувається електроліз, під час якого розчинені в воді солі, серед яких хлоріди натрію і брому у випадку морсьої води, діють як електроліт. Це утворює гази, що також піддані вібрації внаслідок ультразвукових коливань, і робить внесок при цих умовах у знешкодження водних організмів. Оскільки деякі різновиди водних організмів є вразливими для електричних сил, створених у воді, існування електричного заряду в воді біля електродів – ще один фактор, що має тенденцію знешкоджувати водні організми. Хлор і бром, також як кисень і водень, є серед газів, що можуть бути звільнені в морській воді электролітичними силами. Хлор і бром особливо отруйно діють на водні організми, з якими вони входять у контакт в реакторі. Присутність суттєвої кількості хлору та інших галоїдних газів або інших корозійних газів є небажаною у баластній воді, яка є закачана на борт у баластні танки судна, оскільки вони мають тенденцію роз'їдати баластні танки й металеві трубопроводи, що пов'язані з ними. Відповідно, передбачається, що ці корозійні гази будуть взаємодіяти з металевими поверхнями усередині чи безпосередньо нижче по течії від реакторної камери. Тому повинна бути вимога до цих металевих компонентів, щоб вони регулярно замінювались. Згідно з винаходом також пропонується придатний газ, що може бути уведений у воду всередині чи біля реакторної камери, й переважно нижче по течіїї від неї, щоб додатково підсилити механічні, електричні та хімічні процеси, які мають місце в реакторі і які деструктивно діють на водні організми. Озон є таким придатним газом, частково завдяки його сильній окислювальної дії на живі тканини, з якими він контактує, таким чином роблячи свій внесок в знешкодження водних організмів, з якими він стикається, а частково тому, що він швидко перетворюється в газ, що звичайно знаходиться в атмосфері, а саме, в кисень, який є екологічно безпечним. Ефективність способу підвищується, якщо воду механічно перемішувати в реакторній камері й зв'язаних з нею трубопроводах. Це може бути досягнуто розміщенням відповідно профільованих і нахилених лопаток у вхідних і вихідних отворах трубопроводів входу й виходу з реакторної камери, та/чи в реакторній камері безпосередньо. Ефективна форма розмішування гвинтова циркуляція. Лопатки можуть бути встановлені так, щоб вони не потребували ніякого обслуговування, окрім заміни, коли вони зношуються. Спосіб згідно з винаходом може бути більш ефективним, якщо контролювати стан різних перемінних, що є відповідними до його ефективності, включаючи температуру в трубопроводах і реакторній камері, ступінь солоності, тиск в різних перерізах тракту води, напругу і струм через електроди. Згідно з винаходом, є необхідним змінювати час від часу такі параметри, аби оптимізувати результати способу. В кращій формі винаходу процес підвищення тиску води й потім різкого скидання тиску, щоб викликати кавітацію, а отже й ультразвукові коливання, повторюють щонайменше один раз у швидкій послідовності. Установка згідно з винаходом містить реактор, який має корпус, що утворює камеру, трубопровід входу в камеру, поперечний переріз якого менший, ніж поперечний переріз камери, трубопровід виходу з камери, поперечний переріз якого менший, ніж поперечний переріз камери, і засоби для закачування води під тиском у трубопровід входу й відповідно через реактор. Трубопровід входу переважно може містити кінцеву частину, поперечний переріз якої прогресивно зменшується з наближенням до камери. 3 UA 99589 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Для електролізу води, яка проходить через установку, в реакторі можуть бути розміщені електроди, краще всередині реакторної камери, які можуть бути закріплені в корпусі камери. В трубопроводі виходу чи поблизу від нього можуть бути розміщені протекторні електроди, щоб нейтралізувати корозійні гази, перетворюючи їх у солі металів, з яких вироблено електроди. Лопатки для перемішування вмісту реактора можуть бути розміщені у відповідних місцях усередині реактора. Лопатки переважно профільовані так, щоб створювати гвинтове завихрення води, що проходить через реактор. Установка може також містити засоби введення одного чи більше газів, наприклад, озону в реактор іззовні. Можуть бути також забезпечені засоби запобігання протитечії таких газів. В кращій формі здійснення винаходу, що є підходящою при використанні на судні для обробки його баластної води, установка містить багатоступеневий реактор, який має щонайменше дві реакторні камери з трубопроводами входу, що з'єднані послідовно. Можуть бути передбачені пристрої для моніторингу чи індикації й запису стану різних показників, таких як тиск, температура, pH фактор, солоність і витрата води. Пристрої для моніторингу можуть додатково містити засоби визначення й запису дати, часу та координат глобального місцезнаходження, де відбувається використання установки, та інші об'єктивні показники, що притаманні обрабці води. Установка для здійснення винаходу є відносно простою, не має частин, що переміщуються, й може бути легко вмонтованою у судно. Вона може бути зручно розміщена в головній трубопровідній системі, через яку баластну воду закачують або скидають з балластних танків. В типовій судновій установці трубопровід, через який баластний насос подає воду в баластні танки, має внутрішній діаметр 300 мм. Двоступеневий реактор за винаходом з його трубопроводами входу й виходу може бути вбудований в цей головний трубопровід, маючи довжину приблизно тільки 1500 мм і вагу приблизно тільки 200 кг. Його система керування може бути включена в нормальну суднову (корабельну) комп'ютерну систему. На фігурах креслень, що додаються, представлено: Фіг. 1 - напівсхематичне зображення реактора для обробки води за винаходом, встановленого для корабельного використання й показаного разом з його головними елементами керування. Цей реактор має дві реакторні камери, розташовані тандемом. Фіг. 2 - поздовжній переріз реактора фігури 1. Фіг. 3 - перспективне зображення в збільшеному масштабі диска з лопатками, встановленого в реакторі фігур 1-2. Фіг. 4 - перспективне зображення альтернативного реактора, що має лише одну реакторну камеру. Фіг. 5 - поздовжній переріз реактора фігури 4. Установка, зображена на фігурах 1-3, є кращим втіленням установки для обробки води за винаходом, придатної для обробки баластної води типового морського судна зі звичайними баластними танками й звичайним баластним насосом. Установка містить реактор 100, зв'язаний з трубопроводом 102, що має круглий переріз і внутрішній діаметр зазвичай приблизно 300 мм. Трубопровід 102 проходить між баластним нассосом 104 і одним або більше баластними танками 106. Баластний насос 104 подає забортну воду з кінгстонної коробки 105 в баластні танки. Робота реактора й процеси, які відбуваються в ньому, керуються й контролюються за допомогою обладнання, показаного в схематичній формі на фіг. 1. Реактор містить (починаючи з кінця, що є найближчим до баластного насоса 104) вхідний патрубок 108 круглого перерізу з внутрішнім діаметром зазвичай близько 300 мм, з'єднаний звичайними з'єднувальними засобами (не показано) з патрубком 102, і першу реакторну камеру 110, з'єнану з патрубком 108 фланцями 112, 114, між якими розміщено сальникове чи кільцеве O-подібне ущільнення (не показао). Подібні ущільнювальні засоби передбачені й між іншими фланцями, що будуть описані нижче. Фланці 112, 114 закріплені болтами 115. Диск 116 (фігури 2 і 3) встановлено між фланцями 112, 114 й ущільнено між ними. Диск 116 містить кільцо, що утворює внутрішню порожнину чи отвір 119 з множиною лопаток 118, краще приблизно з шістьма, які виступають у внутрішній отвір. Лопатки встановлені на внутрішніх кінцях цапф 120, закріплених на периферії внутрішнбого отвору диска, під непрямим кутом відносно поверхні диска 116 і гвинтоподібно по відношенню одна до одної. При використанні установки вода, що прокачується через реактор, натрапляє на лопатки 118 і відхиляється ними перед тим, як вона входить в першу реакторну камеру 110. Лопатки сконструйовані так, що вони надають воді гвинтоподібний вихровий конвергентний (збіжний) рух, що підвищує швидкість 4 UA 99589 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 води до того, як вода вступає в турбуленту фазу, коли має місце перемішування з газами в реакторі. По периферії диска 116 виконані окремі отвори 113 для болтів 115, а також, ближче до його центру, пари отворів 117, в яких розміщені штифти електродів 126, про які буде згадано нижче. Перша камера 110 містить першу частину 122 з постійним внутрішнім діаметром краще приблизно 400 мм, яка з'єднана безпосередньо з вхідним патрубком 108 так, щоб мало місце різке збільшення внутрішнього діаметра в установці, через яку вода прокачується баластним насосом 104 з вхідного патрубка 108 в першу камеру 110. Камера 110 містить другу частину 124 в формі зрізаного конуса так, щоб внутрішній діаметр зменшився приблизно до 175 мм. Кут конуса цієї частини становить приблизно 20 градусів. У першій частині 122 всередині реакторної камери 110 встановлено три пари електродів 126 (фіг. 2) з корозійностійкого металу, такого як титан або рутеній чи їх сплав. Електроди живляться постійним струмом напругою 12 В, або будь-якою іншою відповідною напругою від трансформатора-випрямляча 128 (фіг. 1). Їх функціонування повинно викликати електроліз у воді, що проходить через камеру 110. Найвужча частина зрізано-конічної частини 124 першої камери 110 містить фланець 130, прикріплений болтами 115 до відповідного фланця 132 другої реакторної камери 134, яка, подібно до першої реакторної камери 110, містить першу частину 136 постійного внутрішнього діаметра та другу частину 138 зрізано-конічної форми. В другій реакторній камері 134 встановлено додаткові електроди 126, які теж живляться електроэнергією. Ці еэлектроди також викликають електроліз у воді, що проходить через установку. Кільцевий диск 131, який подібно диску 116 також є оснащений лопатками 118 та розміщений і ущільнений між фланцями 130, 132, забезпечує круглий отвір 133 між першою камерою 110 і другою камерою 134. Найвужча частина зрізано-конічної частини 138 другої камери 134 містить фланець 142, який примикає до відповідного фланця 144 вихідного патрубка 146, діаметр якого є таким, як і діаметр вхідного потрубка 108. Фланці 142, 144 скріплено болтами 115. Кільцевий диск 143, який подібно диску 116 також є оснащений лопатками 118 та розміщений і ущільнений між фланцями 142, 144, забезпечує круглий отвір 147 між другою камерою 134 і вихідним патрубком 146. Кінець патрубка 146 з'єднано звичайними з'єднувальними засобами (не показано) з патрубком 102 баластного танка 106 (фіг. 1). Згідно з іншим аспектом винаходу на зовнішній поверхні другої камери 134 можуть бути встановлені декілька озоногенераторів 148, краще шість. Озоногенератори можуть бути відомого типу, наприклад, такі, як описано в патентних заявках PCT/ZA2000/00031 та PCT/ZA2001/00024, і є комерційно доступними від Стерізоне (Sterizone), П.О. Бокс 13935, Вітфілд (Witfield), Південноафриканська республіка, 1467. Ці прилади беруть повітря з атмосфери і за допомогою короного розряду виробляють озон і направляють його по трубці 150, в якій встановлено зворотний клапан 152. Трубки 150 вводять всередину реактора через отвори 153, розміщені рівномірно по периферії патрубка 146. Згідно з подальшим аспектом винаходу всередині вихідного патрубка 146 поблизу його кінця можуть бути встановлені протекторні електроди 154, спрофільовані як лопатки, які обмиває вода, що проходить через реактор. Ці електроди 154 виготовлено з металу, такого як 70/30 латунь (тобто 70 % міді й 30 % цинку), який вступатиме в реакцію з вільним хлором та іншими корозійними газами у воді, перетворюючи гази в солі, такі як сульфат міді або хлорид міді, що є згубними для багатьох різновидів водних організмів. Через те, що кількість вказаних газів є відносно дуже малою, якщо їх отримано просто з розчинених газів, що їх містить вода, закачана на борт, одержані в результаті солі металів є сильно розчиненими й не викликають ніякого помітного пошкодження конструкції судна. Однак, вони проявляють отруйну дію відносно будьяких риб і багатьохо інших організмів, які, можливо, пережили проходження через реакторні камери 110, 134, і, таким чином, мають завершальний ефект для стерилізації води. Електроживлення електродів 154 регулюється так, щоб гарантувати, що рівень вільного хлору в воді, що залишає реактор 100, не перевищує прийнятних границь. Корпус реактора виготовлено з нержавіючої сталі марки 316 із захисним покриттям товщиною 4,5 мм. Вся внутрішня поверхня реактора, крім поверхонь електродів 126 і лопаток 154, може бути покрита керамічним або смолистим чи іншим матеріалом, що захищає метал реактора від точкової корозії. Таке покриття також, у сприятливих випадках, має особливості, які підсилюють щонайменше деякі з процесів, що відбуваються всередині реактора. Йдеться про процеси, що містять іонний обмін, фрикційний контакт, який робить свій внесок у премішуванння газів і води, та п'єзоелектричний і піроелектричний ефекти, що роблять свій внесок в електричне 5 UA 99589 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зруйнування деяких організмів. Підходящим матеріалом для покриття є комерційно доступний матеріал MetaCeram (торгова марка) 28060, який є порошковою суспензією, стійкої проти окислювання композиції на основі алюмінію та титану з визначеним розміром зерна та контрольованою морфологією. Інший такий матеріал є відомим як Elce (торгова марка), що виготовляється компанією Nihon Jisui Company Ltd, 78 Gion 3-Chome, Міядзаки, Японія (адреса електронної пошти: elce@orange.ocn.ne.ip). Інші такі матеріали: Belzona (торгова марка) 5811, доступний від Belzona Polymeries Ltd, Хароугейт, HG1 4AY, Англія, та Lewatit (торгова марка), від Bayer AG Леверкузен D-51368, Німеччина. Контрольні прилади реактора показані на фіг. 1 і містять один або більше манометрів, щоб вказувати тиск у критичних місцях в реакторі та його вхідному й вихідному патрубках, вимірник окислювально-відновлювального потенціалу (ОВП), вимірник солоності, один або більше термометрів, один або більше сенсорів хлору, вакуумметри в місцях різкої зміни поперечного перерізу, де матиме місце розрідження, сканер для того, щоб імпортувати дані в комп'ютерну систему судна, та індикатор GPS-навігації й інші прилади комп'ютерної системи судна. Контрольні прилади можуть також містити засоби впливу на деякі з процесів, наприклад, потенціометри для електричного живлення електродів, регулюючі клапани для подачі озону чи іншого газу, що вводиться зовні, та інших пристроїв, відомих у галузі обробки води. В кращому варіанті використання, реактор, показаний на фігураз 1-3, може працювати з витратою 400-500 кілолітрів/годину, тобто приблизно 150 літрів/секунду, і при мінімальному тиску на виході з насоса 3 бара. Під час роботи реактора 100 баластний насос 104 є включений, щоб закачувати воду з відкритої водної поверхні, наприклад, моря, озера чи ріки в кінгстонну коробку 105 і подавати її під тиском через патрубок 102 в реактор 100. Така вода, вірогідно, буде містити водні організми, що живуть в місцевості, де знаходится судно в цей час, і деякі з них можуть бути здатними завдати екологічну шкоду, якщо вода буде скинута з судна в іншому віддаленому місці. Вода проходить через патрубок 108, в кінці якого вона натрапляє на лопатки 118 і завихрюється. Як тільки вода входить в першу зону 122 камери 110, поперечний перерізреактора різко збільшується. Вода також обтікає електроди 126, що знаходяться на даному етапі під напругою, в результаті чого відбуваються електролітичні реакції, які генерують гази, переважно кисень, водень, хлор і бром. Завихрювання, викликане лопатками, примушує ці гази рівномірно розмішуватися у воді, піддаючи будь-які організми згубному ефекту. Крім того, коли електричний заряд передається через воду в реакторній камері 100, він сам по собі діє згубно на менші морські організми. Коли вода залишає першу частину 122 і входить в конічну частину 124 з реакторної камери 110, швидкість води зростає прогресивно. Як відомо, відповідно до приципу Бернуллі, зростання швидкості води збільшує місцевий динамічний тиск, але зменшує місцевий статичний тиск. Цілком зрозуміло, якщо швидкість води буде змушена зрости до достатнього значення, статичний тиск води впаде нижче значення тиску пароутворення води. Це ефективно примусить воду кипіти, чи "кавітувати", в місці максимальної швидкості води. Коли це відбувається, з'являються маленькі пузирі водяної пари (змішаної з будь-якими іншими газами, розчиненими у воді, такими як кисень, водень і хлор), які знову руйнуються при переміщенні пузирів в зону з більш високим статичним тиском і з меншою швидкістю води. Руйнація цих пузирів у свою чергу може викликати високочастотні і високоенергетичні ударні хвилі (включаючи ультразвукові частоти, тобто частоти в діапазоні 20000 Гц), які проходять через воду з ефектом руйнації організмів в локальному масштабі. Однак, має бути зрозуміло, що навіть якщо вода не доведена до межі кавітації, вона може мати тиск нижче атмосферного, хоча й не тиск пароутворення. Багато морських організмів здатні до виживання і навіть буяння у воді на значній глибині, і таким чином можуть чинити опір тиску, значно більшому, ніж атмосферний тиск, Але вони органічно погано пристосовані до тисків нижче атмосферного й потерпають з однієї цієї причини, навіть якщо кавітація не відбувається. Таким чином, розмір отвору 133 між першою реакторною камерою 110 і другою реакторною камерою 134 вибрано так, щоб, коли вода проходить через отвір 133, її швидкість була достатньо великою, щоб викликати кавітацію у воді нижче по течії за отвором, або щонайменше викликати суттєве зменшення тиску нижче атмосферного. В кращому втіленні винаходу лопатки 118, розміщені в отворі 133, передають гвинтове завихрення воді, коли вона проходить в другу камеру 134. Це може мати ефект подальшого пришвидчення місцевої швидкості води, подальшого збільшення рівня кавітації, і зниження тиску взагалі, у воді нижче по течії від отвору 133. 6 UA 99589 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відповідно, в конфігурації описаного кращого втілення кавітація навмисно викликана нижче по течії від отвору 133, в місці, де діаметр реактора різко збільшується в напрямку від першої камери 110 до другої камери 134. Це забезпечує перевагу в тому, що вивільнення єнергії пузирів, що розриваються, не буде відбуватися безпосередньо в оточенні металевих поверхонь корпусу другої камери 134, завдаючи їм шкоду. Скоріше енергія спочатку повинна пройти через значну масу води перед тим, як вона досягне металевої поверхні корпусу. Така конфігурація дозволяє акустичній енергії суттєво розсіятись у воді, де вона вбиває організми, перед тим, як піддати своїй дії віддалені металічні поверхні другої камери 134. Якщо енергія ультразвуку діє на віддалені металеві поверхні камери 134, керамічне або інше покриття реактора може протидіяти, щоб запобігти точковій корозії чи іншим пошкодженням металевих компонентів реактора, а матеріал покриття забезпечує додаткові ефекти, які описані вище і пов'язані з їх специфічним складом. Ще однією особливістю кращого втілення є те, що, проходячи через першу частину 136, додаткові электрохімічні сили піддають організми электролітичній дії електродів 126, розміщених у цій зоні. Ці руйнівні ефекти підсилюються піддаванням їх дії окисних або інакше отруйних газів і наявністю електричних полів у воді. Гвинтовий рух води в цій частині, спричинений лопатками 118, полегшує перемішування води в середовищі отруйних газів. В кращому втіленні вода, що пройшла спочатку частину 136, може ще раз бути пришвидчена, коли вона проходить конічну частину 138, а потім проходить через отвір 147 зі швидкістю, що є достатньою, щоб викликати кавітацію нижче за течією від отвору 147 всередині патрубка 146. Лопатки 118 можуть бути подібним чином розміщені в отворі 147, щоб утворити конвергентний гвинтовий вихровий потік. Таким чином, вода, що тече через реактор 100, зіткнеться щонайменше з двома місцями, де її швидкість збільшиться до такої міри, коли відбувається кавітація, щоб викликати високоенергійні ультразвукові коливання. Будь-які організми, що пережили обробку в другій реакторній камері 134, будуть піддані подібній обробці нижче за течією від отвору 147 у вихідному патрібці 146. Ясно, що на шляху води можуть бути розміщені додаткові стиснення та розширення, щоб забезпечити множину місць, де може відбуватись кавітація. Однак, ясно також, що кожне стиснення потребує додаткової енергії насоса для активації реактора 100, і що, коли введено надто багато стиснень, продуктивність наявного насоса може бути недостатньою. В іншому аспекті кращого втілення вода, що проходить далі через патрубок 146, може бути змішана з озоном від озоногенераторів 148, який подається в реактор через периферійні вхідні отвори 153. Озон змішується з водою й спричиняє сильний окислювальний ефект з летальними наслідками для будь-яких організмів, що знаходяться у воді, з якою озон вступає в контакт. Вода все ще знаходиться в стадії завихрення від перемішування вище за течією, і озон також змішується з водою. Завдяки його короткому періоду напіврозпаду в морській воді, залишковий озон швидко розпадається нижче за течією на кисень, який безпосередньо спричиняє окислення й руйнівно діє на організми, до яких він дотикається. У ще одному подальшому аспекті кращого втілення вода нарешті обтікає протекторні електроди 154, де будь-які вільні корозійні гази вступають в реакцію з металом цих електродів и перетворюються в розчинені солі, концентрація яких дуже низька. Але вони є отруйними для певних організмів, які, можливо, вижили до цього місця. Електроди 154 також сприяють змішуванню води, закінчуючи процеси подрібнення й газової дії, що характеризували більш ранні стадії переміщення води через реактор. Залишок хлору є бажаним, щоб гарантувати, що баластна вода залишається стерильною. Результатом є те, що організми, присутні у воді, закачаній на борт і пропущеній через реактор, є суттєво зруйновані комбінацією реакцій і видаляються з води, яка таким чином ефективно стерилізується. Екологічне навантаження, що пов'язане з наступним скиданням баластної води з судна, буде значно зменшено. В іншому кращому втіленні, показанному на фіг. 4, компоненти, що співпадають з такими з реактора фігур 1-3, мають відповідні номери позицій з літерою "а". У цьому втіленні передбачена лише одна реакторна камера 100a, оснащена на вході парами електродів (не показано) і в межах її вихідного патрубка 146a комплектом еектродів 154a. В інших відношеннях реактор взагалі є подібним реактору з попередніх фігур і керується подібно до реактора з попередніх фігур. Ясно, що можливість для водних організмів пережити проходження через цей варіант установки у порівнянні з варіантами, показаними на попередніх фігурах, обов'язково збільшується. Однак, ясно також, що такий варіант потребує меньше енергії на прокачування води через реактор, що може бути бажаним у специфічних випадках, коли наявними є лише насоси меншої продуктивності. 7 UA 99589 C2 5 10 15 20 Втілення, показане на фіг. 5, ілюструє найпростіший варіант. У цьому варіанті компоненти, що співпадають з такими з реактора фігури 2, мають відповідні номери позицій з літерою "b". Вхідний патрубок 108b втілення з фіг. 5 має першу частину 109 постійного поперечного перерізу й кінцеву частину 111 у формі зрізаного конуса. Кінцева частина входить у внутрішній отвір вихідного патрубка 146b з різким збільшенням поперечного перерізу в цьму місці. Лопатки 118b раозміщені у внутрішньому отворі на вході в реакторну камеру. У цьому втіленні в реактивній камері відсутні електроди, відповідно ніяка зовнішня електролітична сила не добавлена в цьому місці. Однак електроди 154b в наявності є, й вони живляться від трансформатора/випрямляча (не показано), щоб вступати в реакцію й нейтралізувати будь-які корозійні гази, що були згенеровані кавітацією, яка відбувається на вході води в реакторну камеру через конічну кінцеву частину 111, і не були спожиті реакцією з організмами в реакторній камері. Подача озону чи іншого підхожого газу, придатного до дії на водні організми з летальним ефектом, відбувається через трубки зі зворотними клапанами 152b у вхідні отвори 153b, розміщені по окружності патрубка 146b. Перевагами винаходу у порівнянні з системами обробки води попереднього рівня техніки є його ефективність, простота, відсутність частин, що рухаються, чи отруйних речовин, що додаються зовні, мала вага й компактність, легкість встановлення нового оригінального обладнання чи пристосування наявного, його низькі експлуатаційні витрати, здатність працювати протягом довгих періодів без обслуговування, безпека й рентабельність. Незважаючи на те, що в описі розглянуто конкретні втілення винаходу, що пропонується, спеціалістам в даній галузі техніки буде очевидним, що можуть бути зроблені різні модифікації, що не відступають від духу й можливостей винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Спосіб зменшення забруднення води водними організмами, що містяться в баластному танку судна, який включає забір води з відкритої водойми, забрудненої водними організмами, перекачування води через подовжену трубопровідну систему 100, в усіх точках якої об'ємна витрата води є незмінною, причому вода в кожній точці трубопровідної системи 100 має статичний і динамічний тиск, і скидання води у баластний танк 106, який відрізняється тим, що у воду вводять газ, воду додатково пропускають між встановленими в трубопровідній системі 100 електродами 126, на які подається електрична напруга, утворюють камери, які містять першу конічну частину 124 у формі зрізаного конуса, що має кінець, розташований нижче за течією, який утворює перший отвір 133 з першим діаметром, і кінець, розташований вище за течією, який утворює другий отвір 119 з другим діаметром, більшим за перший діаметр, і першу реакторну частину 136, яка має загалом циліндричну форму, з третім діаметром, більшим за перший діаметр, причому перша реакторна частина 136 з'єднана з кінцем, розташованим нижче за течією, першої конічної системи 124 за допомогою радіальних фланців 130, 132 так, що діаметр трубопровідної системи 100 стрибкоподібно збільшується відразу нижче за течією від першого отвору 133 конічної частини 124, спричиняючи падіння статичного тиску води до рівня нижче атмосферного тиску в першій точці 122 системи 100 завдяки збільшенню динамічного тиску води у першій точці 122. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перша точка 122 розташована в трубопровідній системі 100 в місці, де діаметр стрибкоподібно збільшується одразу нижче за течією від першої точки 122. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що газом є озон. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додатково надають гвинтового вихрового руху воді в точці 122. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що гвинтовий вихровий рух має збіжний характер. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що електричну напругу піднімають до рівня, достатнього для генерування дії послаблюючих електричних реакцій у водних організмах, чутливих до електричних сил. 7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що трубопровідна система містить знімний кільцевий диск 116 з центральним отвором 119. 8. Установка для зменшення кількості водних організмів у воді, яка містить подовжену трубопровідну систему 100, що має кінець, розташований вище за течією, і кінець, розташований нижче за течією, конфігурація якої забезпечує протікання води через неї з незмінною об'ємною витратою, принаймні одну пару електродів 126, встановлених всередині трубопровідної системи 100 для пропускання електричного струму через воду, яка тече в трубопровідній системі, та отвори 153 для введення зовнішнього газу у воду, яка відрізняється 8 UA 99589 C2 5 10 15 20 тим, що в трубопровідній системі 100 утворені частини, що містять першу конічну частину 124 загалом зрізано-конічної форми, що має кінець, розташований нижче за течією, який утворює перший отвір 133 з першим діаметром, і кінець, розташований вище за течією, який утворює другий отвір 119 з другим діаметром, більшим за перший діаметр, і першу реакторну частину 136 загалом циліндричної форми з третім діаметром, більшим за перший діаметр, причому перша реакторна частина 136 з'єднана за допомогою радіальних фланців 130, 132 з кінцем, розташованим нижче за течією, першої конічної частини 124 так, що діаметр трубопровідної системи 100 стрибкоподібно збільшується одразу нижче за течією від першого отвору 133 конічної частини 124, причому розмір першого діаметра вибрано таким, щоб у воді, що тече через трубопровідну систему 100, відбувалась кавітація. 9. Установка за п. 8, яка відрізняється тим, що додатково містить кільцевий диск 131 з внутрішнім отвором 133, діаметр якого є меншим за вказаний перший діаметр, причому диск виконано з можливістю його вставляння й знімання за допомогою болтів в положенні між першою конічною частиною 124 та першою реакторною частиною 136. 10. Установка за п. 8, яка відрізняється тим, що додатково містить засоби 118 для надання гвинтового вихрового руху потоку води, яка проходить через вказаний перший отвір 133. 11. Установка за п. 8, яка відрізняється тим, що додатково містить лопатки 118, спрофільовані для надання гвинтового вихрового руху потоку води, яка проходить через вказаний перший отвір 133. 12. Установка за п. 8, яка відрізняється тим, що лопатки 118 є нерухомими й вигнутими по гвинтовій лінії. 13. Установка за п. 8, яка відрізняється тим, що електроди 126 виготовлені з матеріалу, який під дією електричного струму може вступати в реакцію з розчиненими у воді мінералами, утворюючи корозійні гази. 9 UA 99589 C2 10 UA 99589 C2 11 UA 99589 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12