Система обробки води

Реферат: Згідно з винаходом пропонується cпосіб зменшення забруднення води мікроорганізмами, що присутні у воді, яка знаходиться у судновому баластному танку, який включає прокачування води з відкритої водойми, забрудненої водними мікроорганізмами, через трубопровідну систему, в якій об'ємна витрата води є незмінною в усіх точках системи, з певним гідростатичним напором та швидкісним напором в усіх точках системи, і подачу води в танк, крім того, озон вводять у воду в кількості від 0,01 до 0,1 г на літр, причому вода є морською, яку піддають електролізу в реакторі для введення у воду гіпохлориту натрію в кількості від 0,4 до 1,0 міліграмів на літр води, і прокачують воду через реакторний блок, що включає трубопровідну систему із секцій різного діаметра, побудованої так, що гідростатичний напір води зменшується до рівня, нижчого за атмосферний тиск, в першій точці системи за рахунок підвищення швидкісного напору води в цій першій точці, і таким чином воду піддають кавітації. Згідно з винаходом пропонується також апарат для реалізації способу, який містить: реактор, виконаний у вигляді трубопровідної системи, що має вхідний кінець та вихідний кінець і утворена так, щоб дозволити воді протікати через трубопровідну систему з незмінною об'ємною UA 102671 C2 (12) UA 102671 C2 витратою, реактор містить щонайменше одну пару електродів, розміщених у трубопровідній системі, виконаній з можливістю створення електричного струму у воді, яка є морською водою, що протікає через згадану трубопровідну систему, подальшого піддання морської води електролізу для введення у воду гіпохлориту натрію в кількості від 0,4 до 1,0 мг на літр, причому апарат містить порти, пристосовані для введення озонового газу у воду в кількості від 0,001 до 0,1 г на літр та трубопровідну систему, утворену частинами, які містять: першу конічну частину взагалі зрізано-конічної форми, яка має кінець нижче за потоком, що утворює перший отвір з першим діаметром, і кінець вище за потоком, що утворює другий отвір з другим діаметром, більшим, ніж перший діаметр; і першу реакторну частину взагалі циліндричної форми з третім діаметром, більшим, ніж перший діаметр, яка з'єднана з нижчим за потоком кінцем першої конічної частини за допомогою радіального з'єднувача так, що діаметр трубопровідної системи різко збільшується відразу нижче за потоком від першого отвору конічної частини; причому розмір першого діаметра є таким, щоб ініціювати кавітацію у воді, що тече через трубопровідну систему. UA 102671 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки, до якої належить винахід Пропонований винахід стосується обробки води з метою зменшення забруднення води мікроорганізмами, що присутні у воді, шляхом знищення цих організмів або зменшення їх кількості до таких значень, коли вони стають нежиттєздатними як колонії. Пропонований винахід має безпосереднє використання для обробки баластної води, що переноситься суднами, яка може призвести до небажаних екологічних наслідків, якщо її вилити в морське середовище, або якщо необхідно транспортувати баластну воду на велику відстань від тих місць, де вона була взята на борт. Рівень техніки Сучасні кораблі, як правило, приймають баластну воду в свої танки з метою підтримання балансу та стабілізації судна та сприяння його маневреності. Коли вантаж беруть на борт, і судно стабілізується у воді, баластну воду зливають. Аналогічно, коли вантаж вивантажений, баластну воду закачують у баластні танки з метою підтримати необхідну рівновагу. Як відомо, в зв'язку з тим, що об'єми води, яку закачують до танків суден та викачують із них за цією технологією, є великими, та в зв'язку з тим, що численні види організмів населяють води, з яких беруть на борт баластну воду та в які її зливають, існує можливість зливу як у морську, так і у прісну воду чужих видів, які часто беруться з віддалених місць. Ці організми охоплюють діапазон від дрібних видів, з яких складається планктон, до чималих пелагічних риб та містять різні патогенні бактерії і мікроорганізми (найпростіші одноклітинні тваринні організми, або протозоа), що присутні у вигляді представників усіх стадій процесу їх репродукції. Для деяких з них існує невелика кількість природних хижаків у водах, в яких вони з'являються, і якщо вони знаходять відповідне джерело харчування в цих водах, то швидко колонізують свої нові території і можуть ставати домінантними на цих територіях. Таким чином вони можуть перетворитися на шкідників та являти загрозу екологічній стабільності в їх новому місці поширення. Ця проблема визнана в цілому світі як серйозна загроза водному середовищу, тому Міжнародна Морська Організація ("ІМО") уклала угоду в лютому 2004 року, котра повинна мати силу вимог до судновласників, щоб вони вживали жорсткі та системні заходи щодо стерилізації баластної води на своїх суднах. Ця угода знаходиться на стадії ратифікації, й конкретні запобіжні заходи щодо технологій, які планується використовувати для реалізації угоди, все ще знаходяться на розгляді. Заявник раніше подав південноафриканську заявку № 2005/10473 на патент (міжнародна публікація 3 травня 2007 року № WO 2007/049139), в якій пропонується система обробки баластної води на основі кавітації в комбінації з хімічною біоцидною дією, що зумовлена хлором та іншими газами, які утворюються під час електролізу, та з введенням озону. Хоча є відомості щодо використання кожного з цих процесів окремо для обробки баластної води на дату подачі заявки № 2005/10473, комбінація, яка розкрита в заявці, не була відомою, і ефекти взаємодії між цими процесами також не були відомі чи зрозумілі. Суть винаходу Згідно з першим аспектом винаходу пропонується спосіб обробки баластної води на борту судна, який містить забір води через вхідний отвір у трубопроводі на борт судна з водойми, в якій знаходиться судно (зазвичай, хоча не обов'язково, з кінгстонної коробки, що гідравлічно з'єднана з водоймою), прокачування води через трубопровід та через реактор, що піддає воду дії кавітації, конструкція якого забезпечує кавітацію у воді під час її проходження через реактор, та направлення води через трубопровід у судновий баластний танк, причому спосіб характеризується тим, що воду прокачують через трубопровід за допомогою насоса, розміщеного в лінії трубопроводу після реактора, що створює кавітацію. Згідно з другим аспектом винаходу пропонується спосіб обробки баластної води на борту судна, який містить: прокачування води через реактор, електроліз води в реакторі з виділенням у воду гіпохлориту натрію в кількості від 0,4 до 1,0 міліграмів на літр води, що проходить через реактор, та кавітаційну обробку води в реакторі. Згідно з третім аспектом винаходу пропонується спосіб обробки баластної води на борту судна, який містить: закачування води, що містить певні концентрації живих організмів, із водойми, в якій знаходиться судно; зменшення концентрації живих організмів до значень, що відповідають критеріям, які встановлені Правилом D-2 Додатка "Правила контролю та ведення робіт із судновою баластною водою та осадами" до Конвенції щодо баластних вод Міжнародної Морської Організації від 2004 р., за рахунок піддання води дії кавітації та комбінації кавітації з електролізом; і направлення обробленої води в баластний танк на борту судна. 3 Вода може прокачуватись через реактор з об'ємною витратою від 160 до 320 м на годину, й 3 переважно приблизно 280 м на годину. Альтернативно, в разі більшого реактора, вода може 1 UA 102671 C2 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 прокачуватись через реактор з об'ємною витратою від 450 до 1000 м на годину, й переважно 3 приблизно 640 м на годину. Вода може прокачуватись через реактор з середньою швидкістю від 2 до 3,5 метрів на секунду, й переважно приблизно 3 метри на секунду. Може бути проведена реакція електролізу з виділенням гіпохлориту натрію в кількості від 0,4 до 1,0 міліграмів на літр, і переважно в кількості 0,5 міліграмів на літр води. Додатково у воду може бути введений озон. Озон може бути введений у воду в кількості від 0,001 до 0,1 г на літр, і переважно в кількості приблизно 0,01 г на літр. Озон може бути вироблений на борту судна, переважно шляхом генерації озону з використанням коронного розряду. Альтернативно, озон може бути вироблено за допомогою ультрафіолетового або інших відомих способів отримання озону. Бажано, щоб озон був введений в воду раніше, ніж вода буде піддана кавітації. Вода може піддаватись кавітації безперервно чи періодично на відстані від 2 до 3 метрів вздовж напряму її потоку через реактор. Вода може піддаватись кавітації безперервно чи періодично тривалістю від 1 секунди до 5 секунд, і переважно протягом приблизно 5 секунд. Згідно з подальшим аспектом винаходу пропонується апарат для обробки баластної води на судні, який містить кавітаційний реактор, конструкція якого придатна до створення кавітації у воді, що проходить через нього, і який розташований у лінії трубопроводу, що з'єднує кінгстонну коробку та баластний танк судна, та насос для прокачування води через трубопровід із кінгстонної коробки у баластний танк через кавітаційний реактор, причомуапарат відрізняється тим, що насос розташовано в лінії трубопроводу нижче за потоком відносно кавітаційного реактора. Згідно з подальшим аспектом винаходу пропонується апарат для обробки баластної води на судні, який містить реактор, розташований в лінії трубопроводу, що з'єднує кінгстонну коробку та баластний танк судна, причому реактор містить щонайменше одну пару електродів, придатних для проведення електролізу води, що тече від кінгстонної коробки до баластного танка через реактор, та засоби для створення кавітації у воді, що тече. Засоби для створення кавітації можуть містити зміни діаметра трубопроводу в реакторі, та лопатки, пластинки та/або інші перешкоди, які розташовані в траєкторії потоку води, конструкція яких розрахована таким чином, щоб вони створювали кавітацію. Апарат може додатково містити фільтр, придатний для видалення твердих частинок із води. Реактор може містити декілька модулів, кожний із яких містить один із наступних елементів: щонайменше одну пару електродів, які забезпечують електроліз води, що тече з кінгстонної коробки у баластний танк через реактор, засоби для створення кавітації у воді, що тече, або засоби введення озону. Реактор може містити декілька таких модулів, зв'язаних один з одним послідовно. Альтернативно, якщо це корисно з точки зору просторових або інших обмежень, реактор може містити декілька таких модулів, зв'язаних послідовно з секцією трубопроводу, що з'єднує один із таких модулів з іншим. Згідно з подальшим аспектом винаходу пропонується набір, до якого входять декілька таких модулів, конструкція яких дозволяє зібрати з них реактор, як зазначено вище. Згідно з іншим аспектом винаходу пропонується апарат, що складається з декількох реакторів, як зазначено в цьому документі, які з'єднані паралельно через колектор. Термін "реактор" в даному документі використовується для опису системи, що розташована в лінії з секцією трубопроводу, в якій здійснюється процес обробки води незалежно від того, чи є це електроліз, пряме введення біоцидного газу або кавітація. Заявник має намір використовувати ці процеси в комбінації, і, таким чином, цей термін стосується "реактора" як єдиного елемента, в якому здійснюється більше ніж один із цих процесів. Проте у випадку модульної конструкції, яка описується у цьому документі, де кожний модуль являє собою, згідно визначенню в цьому документі, "реактор", посилання на "реактор" в граматичній формі однини слід розуміти як комбінацію таких модулів. Слід також взяти до уваги, що посилання на „кавітаційний" реактор, стосується реактора, розробленого для створення кавітації у воді, що тече через реактор, і, як такий, "кавітаційний реактор", у тому значенні, в якому він використовується в цьому документі, може додатково містити або не містити засоби для ведення електролізу або для безпосереднього введення біоцидного газу. Перелік фігур креслення На фігурах креслень, що додаються, представлені: Фіг. 1 - схематичне зображення системи обробки води згідно з винаходом, встановленої для корабельного використання. Фіг. 2 - вид збоку реактора згідно з винаходом. Фіг. 3 - вид збоку реактора згідно Фіг. 2, показаного в поздовжньому перерізі. 2 UA 102671 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фіг. 4 - перспективне зображення в зменшеному масштабі реактора згідно Фіг. 2. Фіг. 5 - перспективне зображення першого модуля реактора згідно Фіг. 2. Фіг. 6 - перспективне зображення в зменшеному масштабі другого модуля реактора згідно Фіг. 2, що включає зображення в розібраному вигляді. Фіг. 7 - вид із торця третього модуля реактора згідно Фіг. 2. Фіг. 8 - вид збоку в перерізі третього модуля, показаного на Фіг.7. Фіг. 9 - перспективне зображення третього модуля, показаного на Фіг. 7. Фіг. 10 - перспективне зображення четвертого модуля реактора, показаного на фіг. 2. Фігури 10А, В і С є втіленями четвертого модуля, що є альтернативними до показаного на Фіг. 10. Фіг. 11 - блок-схема електричної панелі керування (ЕПК) системою, що показана на Фіг. 1. Фіг. 12 - схема модуля електричногї панелі керування згідно Фіг. 8. Фіг. 13 - схематичне зображення альтернативного втілення системи обробки води згідно з винаходом, установленої для корабельного використання, яка розроблена для судна, що має два баластних танка. Фіг. 14 - таблиця, що ілюструє результати тестів, виконаних заявником. Відомості, які підтверджують можливість здійснення винаходу Установка, яка зображена на фігурах 1-12, є кращим втіленням установки для обробки води згідно з винаходом, придатної для обробки баластної води типового морського судна зізвичайними баластними танками і звичайним баластним насосом. Апарат є ефективною, рентабельною системою, яка розроблена так, щоб відповідати вимогам Рішення ІМО МЕРС 53/24. Установка містить реактор 1, який зв'язаний з трубопроводом 100, що з'єднує кінгстонну коробку 101 з одним або більше баластних танків 102, які вбудовані в судно. Насос 103 баластної води також зв'язаний з трубопроводом 100, бажано вниз за потоком від реактора 1. Реактор 1 автоматично керується за допомогою модуля панелі електричного керування 200, що зв'язаний з одним або більше блоків дистанційного моніторингу (БДМ) 201. Заявник в даний час випробовує дві моделі реактора 1 для встановлення на судна з 6дюймовою (15,2 см) та 10-дюймовою (25,4 см) системами трубопроводів для баластної води, відповідно. (Розбіжності між цими двома моделями взагалі не є суттєвими, і за винятком випадків, коли це обумовлено окремо або інакше очевидно спеціалістам в даній галузі техніки, не робиться відмінності між обома моделями у цьому описі.) Кількість баластної води на годину, яку можна піддати обробці, залежить від моделі встановленого реактора. Наприклад, 63 дюймовий реактор може обробляти до 320 м баластної води на годину, тоді як 10-дюймовий 3 реактор може обробляти до 640 м на годину. Автоматична робота й дистанційне керування дозволяють команді судна продовжувати виконувати їх звичайні обов'язки під час проведення операцій із баластною водою. Крім того, завдяки відносно невеликим розмірам системи вона являє собою ідеальний вибір щодо можливості модернізації. Можливо об'єднати декілька реакторів через колектор з метою збільшення продуктивності реакторів до такої швидкості обробки, яка буде відповідати продуктивності баластних насосів, які встановлені на борту конкретного судна. Модульна конструкція дозволяє також розділити модулі реактора для того, щоб забезпечити його встановлення у несуміжних або незручних місцях. Робота реактора 1 базується на використанні трьох процесів, а саме: - введення озону; - електролізу; і - кавітації. В системі згідно з винаходом звичайна реалізація цих процесів вимагає лише такої кількості енергії, яка виробляється на судні і не потребує ніяких витратних матеріалів, за винятком повітря біля судна та самої води, що обробляється. Озон, як відомо, має біоцидні властивості, особливо що стосується руйнування клітинних стінок, і давно використовується для дезинфекції питної води. Електроліз морської води продукує різні гази, такі як водень і кисень, а також, перш за все, гіпохлорит натрію й обмежені кількості тригалометанів і бромоформу. Як відомо, гіпохлорит натрію має особливо високі біоцидні властивості. Окрім того, електричний струм, пропущений через воду, як вважається, згубно впливає на певні організми. Далі, введення газів у потік баластної води перед кавітацією, як вважають, посилює кавітацію та її ефекти. Термін "кавітація" стосується утворення порожнин у рідині, що заповнені парою або газом, і включає добре відоме явище утворення бульбашок, коли воду доводять до кипіння за умов постійного тиску, та бурхливе скипання шампанських вин та газованих напоїв завдяки дифузії 3 UA 102671 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розчинених газів. Проте у пропонованому винаході кавітація зумовлена локальним зниженням тиску, яке виникає внаслідок динамічної дії баластної води, що тече, без змін у температурі навколишнього середовища. Для кавітації в таких обставинах властиве вибухоподібне зростання, і вона виникає при відповідній комбінації низького тиску та високої швидкості рідини у трубопроводі. Окрім цього, краще втілення винаходу також містить фільтр 104, розміщений в лінії трубопроводу 100 перед тим, як баластна вода направляється в баластні танки 102. Реактор 1, як показано на Фіг. 2, виготовлено з нержавіючої сталі 316L або з будь-яких інших матеріалів, що є придатними для трубопроводів баластної води, і містить чотири модулі, а саме, перший модуль 300, другий модуль 400, третій модуль 500 і четвертий модуль 600. Кожен модуль з'єднаний з іншим болтами М12 із нержавіючої сталі, шайбами й гайками (не показані). Герметичність забезпечена завдяки водо/хімічно стійким прокладкам (не показані) між модулями. З'єднання з трубопроводом 100 баластної води судна виконане через стандартні фланці на вхідній секції 301 і на вихідній секції 601 до реактора 1, відповідно. Для цих з'єднань використовуються водо/хімічно стійкі прокладки. Всі фланці, з'єднання, прокладки й зварні шви перевірено при визначених тисках і температурах, щоб гарантувати сумісність і відповідність вимогам ІМО. На внутрішні поверхні реактора напилене епоксидне керамічне покриття. Призначення захисного покриття є потрійним: - Захищати внутрішні поверхні реактора від корозії, яку спричиняє морська вода; - Захищати внутрішні поверхні від пошкоджень в результаті кавітації, що створюється в системі; та - Полегшувати обробку баластної води завдяки генеруванню п'єзоелектричної сили, котра допомагає роботі реактора. Газ озон подають у перший модуль 300. Кожний з модулів, як перший модуль 300, так і другий модуль 400, мають набір із п'яти електродів (електроди не показані, але вони розташовані в трубчастих корпусах 302, 401 електродів). Другий модуль 400, третій модуль 500 і четвертий модуль 600 кожний містить кавітаційні пластини 403, 413, 603, а другий модуль 400 і четвертий модуль 600 кожний має точки забору проб 402, 602 для з'єднання з сенсорами (рН і рівня солоності води), з яких можливо відібрати проби води при необхідності. Перший модуль 300, як це детально показано на фіг. 5, з'єднаний з трубопроводом 100 через фланець 301. Перший модуль 300 має вхідну секцію 303, що має діаметр, який по суті відповідає діаметру трубопроводу 100. Вхідна секція 303 має впускний отвір 304 для озону, функціонально з'єднаний з озоногенератором 202. Озон вводять у баластну воду за допомогою сопла Вентурі (не показано). Після вхідної секції 303 на першому модулі розташована секція електрохімічного реактора 305, в якій має місце електроліз. Вище за потоком кінець секції електрохімічного реактора має кільцеподібну пластину 306, до якої ззовні приєднана вхідна секція 303. Нижче за потоком від вхідної секції 303 секція електрохімічного реактора 305 має циліндричну стінку 307, що виступає з кільцеподібної пластини 306, утворюючи секцію колектора 308 з більшим діаметром відносно діаметра вхідної секції 303. Далі за потоком секція електрохімічного реактора 305 має п'ять розташованих по периферії секції трубчастих корпусів 302 електродів, кожний з яких має гідравлічний зв'язок із секцією колектора 308. Перша кільцеподібна пластина 306 має порти (не показані), що рівномірно розташовані відносно секцій трубчастих корпусів 302. Кожний із портів обладнано відповідною пластиною для монтажу електрода (не показані), що щільно пригнана до порту, на якому змонтовані один або більше електродів (не показані). В робочому стані пластини для монтажу електродів щільно пригнані до портів, а електроди розташовані вздовж трубчастих корпусів 302. Така конструкція секції електрохімічного реактора забезпечує легкість доступу до електродів під час технічного обслуговування. Перший модуль 300 має на його вихідному кінці фланець із отворами 311. Другий модуль 400 містить кавітаційну камеру 404, а за нею електрохімічний реактор 405. Другий модуль має вхідний патрубок 406 та вихідний патрубок 407. На вхідному патрубку 406 другий модуль 400 має фланець 408 для з'єднання з першим модулем 300. Кавітаційна камера 404 має циліндричну секцію 409, що має діаметр приблизно такий самий, як у секції колектора 308 першого модуля 300. Після циліндричної секції 409 кавітаційна камера 404 містить секцію 410, що має форму зрізаного конуса, діаметр якого зменшується, що забезпечує можливість з'єднання з трубною секцією зменшеного діаметру 411, яка має діаметр, відповідний діаметру трубопроводу 100. Усередині кавітаційної камери 404 другий модуль 400 обладнано чотирма стержнями 412, розташованими паралельно подовжній вісі другого модуля 400, на якому змонтовані лопаткові пластини 413 і дві кавітаційні пластини 403. На периферії лопаткових пластин 413 розміщений набір лопаток, що мають такий нахил, який при протіканні крізь них 4 UA 102671 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 води викликає її вихровий рух по спіралі. Кожна з кавітаційних пластин 403, як показано на фіг. 6, являє собою пластину з декількома невеликими отворами. Конструкція обладнана трубчастими розпірками 414 для забезпечення фіксованих положень лопаткових пластин 412 та кавітаційних пластин 403 вздовж стержнів 412. У стінці кавітаційної камери 404 є отвір 402 для цілей візуального спостереження. Розташований далі по схемі електрохімічний реактор 405 другого модуля 400 по суті такий самий, як електрохімічний реактор 305 першого модуля 300. Третій модуль 500 містить розширення труби, що являє собою кавітаційну камеру, яка за діаметром відповідає циліндричній секції 409. Третій модуль 500 містить набір кавітаційних пластин 501. У втіленні винаходу, що показане, вони містять у собі систему секцій, що встановлені під нахилом. Хоча вершини кутів секцій з нахилом показані у напрямку вверх за потоком, досліди, що провів заявник, показали, що кавітаційні пластини такого типу більш ефективні в перевернутому стані, коли вершини направлені вниз за потоком. Четвертий модуль 600 містить кавитаційну камеру 604, по суті аналогічну кавітаційній камері 404 другого модуля 400, та обладнаний на кожному кінці фланцями 605, 606 для з'єднання з третім модулем 500 та трубопроводом 100, відповідно. Четвертий модуль 600 обладнано також отвором 602 для цілей візуального спостереження. Альтернативні втілення четвертого модуля показані на Фігурах 10А, В і С, причому ці альтернативні втілення відрізняються конструкцією кавітаційних пластин. Слід взяти до уваги, що різні конфігурації кавітаційних пластин згідно цьому опису можуть використовуватися у будьяких конструкціях, що забезпечують кавітацію. В системі використовується BaliastSafe BSFcH-1.0 як система фільтра 104 для видалення твердих частинок, тіл та організмів із води. Баластну воду пропускають через фільтр 104 за допомогою баластного насоса 103. Фільтр 104 може бути встановленим у будь-якому місці в трубопроводі перед будь-яким розгалуженням трубопроводу та перед тим місцем, де трубопровід приєднаний до входу баластного танка 102. Система фільтра 104 може бути з'єднана з трубопроводом 100 баластної води або стандартними фланцями, або за допомогою спеціальних муфт для з'єднання труб. Баластна вода входить в систему фільтра 104 через впускну трубу і проходить спочатку через сито з великими отворами для видалення всіх великих частинок, а потім через мілке сито, бажано 40 мікронів. Очищення сит виконують таким чином: - Сито з великими отворами промивають під струмом води після отримання команди на промивку (рекомендується кожні чотири години). - Мілке сито промивають під струмом води після отримання команди на промивку (рекомендується кожні дві години) або коли виявляється, що перепад тиску на ситі досяг заздалегідь установленого значення. "Фільтрувальний корж", що змивається під струмом промивної рідини з сит фільтра, може бути скинутий безпосередньо за борт. На Фіг. 11 показана блок-схема електричної панелі керування 200. Оснащення електричної панелі керування 200 містить програмований логічний контролер (ПЛК) 203, випрямляч 205 і два озоногенератори 202 з охолоджувачами для контролю та підтримки на заданому рівні виходу озону та температури. Модуль електричної панелі керування 200 міститься у водонепроникному корпусі електророзподільчої шафи, дозволеному для використання на морському флоті. Електроживлення модуля електричної панелі керування 200 слід здійснювати через блок електророзподілу баластного насоса 103, з яким вони працюють спільно. Прийняття цієї конфігурації гарантує, що система почне функціонувати, як тільки ввімкнеться баластний насос 103. ПЛК 203 контролює робочий цикл і здійснює весь контроль і керування засобами попереджувальної сигналізації реактора 1. Контроль за допомогою ПЛК 203 забезпечує доступ до всіх функцій реактора 1. Вихідні роз'єми ПЛК дозволяють передавати параметри системи в реальному часі та умови в конкретних компонентах реактора у персональний комп'ютер (ПК) 206 для реєстрації даних, таким чином забезпечуючи повний контроль реактора 1. Стан електродів, температура води, оперативний стан реактора і об'ємна витрата баластної води також контролюються контролером ПЛК 203 і записуються на ПК 206. ПЛК 203 може контролювати до восьми аналогових контурів і 16 цифрових входів, забезпечуючи реалізацію потреб індивідуального користувача, у разі збоїв у роботі ПЛК 203 ініціює звукові та візуальні сигнали попередження, які висвічуються або озвучуються на блоках дистанційного моніторингу 201. Вони можуть розміщуватися, наприклад, в місці, де встановлений реактор, в приміщенні контролю стану баластних танків і на капітанському містку. Дії у відповідь на ці попереджувальні повідомлення, наприклад, про аварійну зупинку реактора, перетікання через обвідний трубопровід і т. д., здійснюються безпосередньо з приміщення контролю стану баластних танків або капітанського містка за допомогою блоків дистанційного моніторингу 201. У разі 5 UA 102671 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 необхідності ПЛК 203 можна з'єднати з уже існуючим електричним контуром приміщення контролю стану баластних танків або безпосередньо з капітанським містком, таким чином забезпечуючи повний контроль параметрів реактора і операцій із баластною водою з боку чергового офіцера. Модуль електричної панелі керування 200 обладнаний випрямлячем 205 на 110 А/48 В, який постачає енергію електродам реактора 1 через силовий електричний кабель постійного струму. Полярність виходу випрямляча 205 автоматично переключається контролером ПЛК 203. Це переключення полярності запобігає утворенню осаду на електродах. Два озоногенератори 202 змонтовані всередині модуля електричної панелі керування 200. Кожний озоногенератор 202 містить електронні друковані плати, джерело живлення, трансформатор високої частоти, електроди і реактор для генерації озону (трубка коронного розряду). До складу установки входить охолоджувальний блок для підтримки на заданому рівні температури озоногенератора. Від озоногенераторів 202 озон подається по трубопроводах у реактор 1 і вводиться у баластну воду за допомогою системи Вентурі, яка активується, як тільки запускається реактор. У системі озон вводиться в баластну воду і розчиняється протягом кількох секунд у морській воді. Тефлонова труба, вставлена в трубопровід із нержавіючої сталі, використовується для подачі озону в реактор. Щоб запобігти зворотному руху озону назад у систему подачі, використовуються зворотні клапани. Така конфігурація гарантує неможливість викидів озону в навколишнє повітря, таким чином усуваючи або значно зменшуючи будь-яку можливість виникнення небезпеки для екіпажа судна. Охолодження озоногенераторів 202 здійснюється за допомогою системи із замкненим контуром, яка включає охолоджувач і теплообмінник. Для трубопроводів охолоджувальної системи використовується труба діаметром 10 мм із серією зворотних клапанів, які гарантують безпечну експлуатацію системи охолодження. Система охолодження активується соленоїдами безпосередньо після ввімкнення реактора 1. Система охолодження має подвійне призначення: забезпечення охолодження озоногенераторів, а також охолодження навколишнього повітря, з якого цей озон отримують. Озоногенератори 202 мають два види вхідних з'єднувачів для охолоджуючої води та вихідних з'єднувачів для озону: або VA BSPT, або NPS Tapered. Блок дистанційного моніторингу 201 включає інтелектуальний термінал з графічним дисплеєм, який працює спільно з ПЛК 203 з метою забезпечення засобу контролю і моніторингу системи. Звичайно реактор 1 і фільтр 104 запускаються автоматично після запуску баластного насоса 103. Система обладнана також органами ручного управління для використання під час технічного обслуговування або коли це потрібно екіпажу. За допомогою цих органів контролюються такі процеси: - Запуск/зупинка реактора; - Запуск/зупинка фільтра; - Відкривання/закривання байпасного трубопроводу. До появи на дисплеї попереджень, що супроводжуються звуковою сигналізацією, приводять такі умови: - Вимкнення реактора; - Відмова випрямляча; - Відмова електрода або необхідність його заміни; - Перевищення робочої температури; - Відмова озоногенератора (Генератора 1 О3 і Генератора 2 О3). Попередження відносно відмови випрямляча або озоногенератора є критичними, оскільки вони свідчать про те, що ефективність системи погіршилася. Бажано, щоб реактор 1 був встановлений в лінії на вході/всмоктуванні баластного насоса 103 та після кінгстонної коробки 101. Проте його можна встановити після баластного насоса 103, якщо це необхідно. Реактор 1 може бути встановленим або у вертикальному, або у горизонтальному положенні. До колектора/розподільчої коробки можна підключити декілька реакторів з метою збільшення продуктивності реактора до такої швидкості обробки, що буде відповідати продуктивності баластних насосів, які встановлені на борту конкретного судна. Фільтри 104 можна встановити або горизонтально, або вертикально. У вказаному втіленні винаходу, як реактор, так і фільтр потребують живлення змінним струмом 400 В, 60 Гц. Як показано, споживання енергії реактором і фільтром становить приблизно.7 кВт для 6-дюймової системи. Природно, що вимоги щодо живлення міняються залежно від будови судна та від об'ємної витрати встановленої системи. Проте очікується, що споживання енергії для 6-дюймового реакторного блоку становитиме 7-10 кВт. 6 UA 102671 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Окремі модулі легко транспортуються підйомником або двома монтажниками обладнання. В жодних додаткових підйомних механізмах або устаткуванні потреби немає, хоча для легкості встановлення може використовуватися ланцюговий або електромеханічний підйомник вантажопідйомністю 500 кг. Для встановлення на конкретному судні важливо мати на увазі, що реактор 1 можна встановлювати у будь-якому положенні, наприклад, вертикально, горизонтально або під будьяким кутом залежно від вільного місця на борту судна. Кут, під яким монтують агрегат або під яким його з'єднують із трубопроводом, не впливає на робочі параметри реактора. Реактор має модульну конструкцію і може постачатися у вигляді окремих секцій до конкретного місця монтажу і збиратися на місці, таким чином, ні в якій значній перебудові конструкції судна потреби немає. Якщо на судні недостатньо місця між кінгстонної коробкою та баластним насосом, реактор може бути встановлений після баластного насосу. Альтернативно, можливо передбачити встановлення додаткового трубопроводу, який може вести до бажаного місця, а потім знову повертатися до баластного насоса. Звичайно, якщо буде використаний цей спосіб, необхідно вжити заходів, які гарантуватимуть, що додатковий трубопровід, коліна і т.д. не призведуть до шкідливого впливу на рівень об'ємної витрати баластної води, яку прокачують через систему. У разі складності монтажу можливо встановити всі чотири модулі в окремі секції трубопроводу. Для такого типу монтажу необхідно буде взяти до уваги такі фактори, як електричні з'єднання з окремими секціями. Заявник провів різні випробування, результати яких зведені в таблицю на фіг. 14. На Фіг. 14 написи "Камера 1", "Камера 2" і "Камера 3" стосуються першого модуля 300, другого модуля 400 і четвертого модуля 600, відповідно. Напис "Камера 4" стосується третього модуля 500. Напис "О3" вказує на тести, в яких в систему був введений озон. Напис "ПЗС" позначає випробування, в яких проводили електроліз (скорочення "ПЗС" розшифровується як перетворювач змінного струму/випрямляч, що використовується у випробуваннях). Промислові варіанти реактора постачаються в комплекті з випрямлячем, що виробляє постійний оптимальний електричний вихідний сигнал, який подається на електроди. Стосовно тесту 50 слід взяти до уваги, що співвідношення діаметрів різних секцій всередині реактора є таким, яке призводить до виникнення кавітації, незважаючи на відсутність кавітаційних пластин. Тести проводили на 6дюймовому реакторі з використанням насоса потужністю 45 кВт, що забезпечує об'ємну витрату 3 через реактор 220 м на годину, за винятком тесту 58b, в якому використовувався насос 3 потужністю 90 кВт, що забезпечує об'ємну витрату через реактор 320 м на годину. Виконавши ці тести, заявник дійшов до висновку, що ефективність систем на основі кавітаційної обробки стає вищою, якщо до неї додати процес електролізу, в результаті якого утворюються гіпохлорит натрію та інші гази. Хоча тести, проведені на морській воді, не свідчать про те, збільшується чи ні ефект комбінації кавітації та електролізу, що описаний в цьому документі, за рахунок додаткового введення озону в воду у кількостях, які заявник вважає за можливі, заявник передбачає, що введення озону підвищить ефективність системи при роботі у прісній воді, де в результаті електролізу буде утворюватися менше, якщо взагалі вони будуть утворюватися, біоцидних газів. Далі, якщо використовується комбінація, яка включає процес кавітаційної обробки, доза біоцидних газів, необхідна для того, щоб досягти необхідного значення швидкості знищення, є значно нижчою, ніж величина дози, що відома для систем попереднього рівня техніки. Це, відповідно, призводить до більш низьких енергетичних потреб та до більш низьких кількостей потенційно шкідливих хімічних речовин. Хоча в даному описі розглянуто конкретні втілення винаходу, що пропонується, спеціалістам в даній галузі техніки є очевидним, що можуть бути зроблені різні модифікації, які не відступають від суті й обсягу винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Спосіб зменшення забруднення води мікроорганізмами, що присутні у воді, яка знаходиться у судновому баластному танку, який включає: - прокачування води з відкритої водойми, забрудненої водними мікроорганізмами, через трубопровідну систему, в якій об'ємна витрата води є незмінною в усіх точках системи, з певним гідростатичним напором та швидкісним напором в усіх точках системи, і - подачу води в танк, який відрізняється тим, що озон вводять у воду в кількості від 0,01 до 0,1 г на літр, причому вода є морською, яку піддають електролізу в реакторі для введення у воду гіпохлориту натрію в кількості від 0,4 до 1,0 міліграмів на літр води, і прокачують воду через реакторний блок, що включає трубопровідну систему із секцій різного діаметра, побудованої так, що гідростатичний напір води зменшується до рівня, нижчого за атмосферний тиск, в 7 UA 102671 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 першій точці системи за рахунок підвищення швидкісного напору води в цій першій точці, і таким чином воду піддають кавітації. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що воду прокачують через реактор за допомогою насоса, розташованого в лінії системи трубопроводу нижче за потоком відносно реактора. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що воду прокачують через реактор з середньою швидкістю від 2 до 3,5 метрів за секунду. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що воду прокачують через реактор зі швидкістю приблизно 3 метри за секунду. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що воду прокачують через реактор з об'ємною 3 витратою від 160 до 320 м за годину. 6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що воду прокачують через реактор з об'ємною 3 витратою приблизно 280 м за годину. 7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що воду прокачують через реактор з об'ємною 3 витратою від 450 до 1000 м за годину. 8. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що воду прокачують через реактор з об'ємною 3 витратою приблизно 640 м за годину. 9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що воду піддають дії кавітації безперервно чи періодично на відстані від 2 до 3 метрів вздовж напряму її потоку через трубопровідну систему. 10. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що воду піддають дії кавітації безперервно чи періодично тривалістю від 1 до 5 секунд. 11. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що озон генерують на борту судна. 12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що озон генерують з використанням коронного розряду. 13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що озон вводять у воду перед тим, як останню піддають дії кавітації. 14. Апарат для зменшення кількості водних організмів у певному об'ємі води, що знаходяться у судновому баластному танку, який містить: реактор, виконаний у вигляді трубопровідної системи, що має вхідний кінець та вихідний кінець і утворена так, щоб дозволити воді протікати через трубопровідну систему з незмінною об'ємною витратою, який відрізняється тим, що реактор містить щонайменше одну пару електродів, розміщених у трубопровідній системі, виконаній з можливістю створення електричного струму у воді, яка є морською водою, що протікає через згадану трубопровідну систему, подальшого піддання морської води електролізу для введення у воду гіпохлориту натрію в кількості від 0,4 до 1,0 мг на літр, причому апарат містить порти, пристосовані для введення озонового газу у воду в кількості від 0,001 до 0,1 г на літр та трубопровідну систему, утворену частинами, які містять: першу конічну частину взагалі зрізано-конічної форми, яка має кінець нижче за потоком, що утворює перший отвір з першим діаметром, і кінець вище за потоком, що утворює другий отвір з другим діаметром, більшим, ніж перший діаметр; і першу реакторну частину взагалі циліндричної форми з третім діаметром, більшим, ніж перший діаметр, яка з'єднана з нижчим за потоком кінцем першої конічної частини за допомогою радіального з'єднувача так, що діаметр трубопровідної системи різко збільшується відразу нижче за потоком від першого отвору конічної частини; причому розмір першого діаметра є таким, щоб ініціювати кавітацію у воді, що тече через трубопровідну систему. 15. Апарат за п. 14, який відрізняється тим, що він містить насос, розташований в лінії трубопроводу нижче за потоком відносно реактора. 16. Апарат за п. 14, який відрізняється тим, що реактор містить засоби введення озону з використанням коронного розряду. 17. Апарат за п. 14, який відрізняється тим, що його конструкція й розміри вибрані такими, щоб при роботі піддавати воду дії кавітації безперервно чи періодично на відстані від 2 до 3 метрів вздовж напряму її потоку через трубопровідну систему. 18. Апарат за п. 14, який відрізняється тим, що його конструкція й розміри вибрані такими, щоб при роботі піддавати воду дії кавітації безперервно чи періодично тривалістю від 1 до 5 секунд. 19. Апарат за п. 14, який відрізняється тим, що реактор містить декілька модулів, причому кожний із модулів містить один із наступних елементів: щонайменше одну пару електродів, придатних для проведення електролізу води, яка тече через реактор, засоби для створення кавітації у воді, що тече, або засоби введення озону. 20. Апарат за п. 19, який відрізняється тим, що реактор містить декілька вказаних модулів, з'єднаних один з одним послідовно. 8 UA 102671 C2 21. Апарат за п. 20, який відрізняється тим, що реактор містить декілька вказаних модулів, з'єднаних послідовно з секцією трубопроводу, що з'єднує один із вказаних модулів з іншим із таких модулів. 22. Апарат, який містить декілька реакторів за п. 14, з'єднаних паралельно через колектор. 9 UA 102671 C2 10 UA 102671 C2 11 UA 102671 C2 12 UA 102671 C2 13 UA 102671 C2 14 UA 102671 C2 15 UA 102671 C2 16 UA 102671 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 17