Спосіб очищення поверхні водойми від нафтових забруднень

Реферат: Запропоновано спосіб очищення поверхні водойми від нафтових забруднень шляхом розпорошення над водою дисперсного адсорбенту, подальшого його збору з поверхні води і утилізації суміші адсорбенту і нафтових забруднень. З метою збільшення інтенсивності та якості очищення поверхні водойми від нафтових забруднень використовують на борту плавзасобу дисперсний адсорбент-ферит F3O4 у вигляді електропровідного магнетиту-оксиду 3 перехідних металів оберненого типу, зменшують його масову насипну густину до 0,05 г/см шляхом вібраційного помелу в металевому реакторі з металевими шарами, розпорошують одержаний модифікований адсорбент над поверхнею води з нафтовими забрудненнями за допомогою бортових компресора і розпилювача, збирають з поверхні води суміш цього адсорбенту і нафтових забруднень за допомогою широкозахватного магнітного барабана, який попередньо покривають тефлоновим покриттям, розташовують на поверхні води перед кілем плавзасобу, прикріплюють вісь барабана до бортів плавзасобу, обертають його під час операції очищення водойми в напрямку на плавзасіб та механічно очищують від суміші модифікованого UA 113477 C2 (12) UA 113477 C2 магнітного адсорбенту і нафти, накопичують цю суміш у загальному контейнері, утилізують складові суміші на борту за допомогою вальців на виході з цього контейнера та розподіляють нафту і адсорбент в окремі бортові контейнери плавзасобу. UA 113477 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід "Спосіб очищення поверхні водойми від нафтових забруднень" належить до галузі охорони навколишнього середовища і призначений для збільшення інтенсивності та якості очищення великої поверхні водойми від нафтових забруднень, що утворюються в разі аварійного витоку нафтопродуктів з суден, з морської судноверфі або з нафтодобувної платформи. В даний час відомо багато способів очищення від нафти поверхні водойми. Більшість з них використовують механічну адсорбцію, що, природно, негативно впливає на якість їх технологічних, екологічних і вартісних характеристик. Більш того, у разі застосування адсорбенту, масова густина якого після успішної адсорбції нафти починає перевищувати масову густину води, суміш адсорбенту з нафтою може потонути та спричинити більш серйозну екологічно небезпечну ситуацію, навіть катастрофу, яка є подібною ситуації в Мексиканській затоці. Основні з відомих способів очищення від нафти поверхні водойми - наступні. 1. Спосіб очищення поверхні водойми від нафтових забруднень реалізують шляхом застосування механічних черпаків елеваторного типу або шляхом застосування механічного збору і відкачки нафтових забруднень з підведенням забруднень з водою до нафтозбираючих споруд захисту узбережжя. Збирають у відстійник воду разом з нафтовим забрудненням поверхні водойми, де розлилася нафта. Потім відокремлюють нафту від води різними шляхами. Одним із шляхів розділення є заморожування суміші води і нафти в холодильних баках при температурі, яка нижче температури замерзання води, але вище температури замерзання нафти. Після замерзання води нафту зливають з поверхні льоду в приймач, а коли лід тане, виливають його у водойму (патент РФ на винахід № 2143517 від 27.12.1999, МПК: Е02В 15/04). Недоліком способу є технологічна складність, незадовільна працездатність й неприйнятно великі витрати енергії. 2. Відомий спосіб збору нафти на охолоджену поверхню (патент РФ № 2067642 від 20.07.1992, МПК: Е 02 В 15/04), яка містить нафтопоглинаючий матеріал (адсорбент, наприклад, пінополіуретан). Після адсорбції цей матеріал збирають, відокремлюють нафту. Як адсорбенти (або абсорбенти) застосовують різні речовини: - окис хрому (патент РФ № 2038333); - різні бактерії і мікроорганізми (патент РФ № 2104248) - гумову крихту (патент РФ № 2137946); - піно-графітові матеріали (патент РФ № 2140488); - гранульований доменний шлак (патент РФ № 2199383); - торф (патент РФ № 2219134), сніг та інші. 3. Ефективним, але занадто витратним зі способів, що перелічені вище, звільнення водної поверхні від розливів нафти є спосіб із застосуванням складних сорбентів. Порошкоподібні сорбенти органічного і неорганічного походження перед застосуванням можуть гранулюватися і просочуватися також дорогими гідрофобізаторами. Нажаль, це не забезпечує можливість обробки великих забруднених поверхонь води через неприйнятно велику витрату дорогого матеріалу-сорбенту. 3 Дійсно, для сорбції 1 кг (приблизно 1 л) нафти потрібно 0,016 м типового адсорбенту. За 3 умов вартості 1 м сорбенту приблизно 400 $, сорбція 1 л нафти обійдеться в 6,4 $. Таким чином, ціна матеріалу для адсорбції 1 тонни (1000 л) нафти дорівнюватиме 6400 $! Ціна тієї ж 1 тонни одержаної нафти, що зібрана з водойми (за умов (25…30) $/барель (159 літрів)) дорівнює (157…190) $. Тобто ціна операції адсорбції 1 тонни нафти за допомогою типового сорбенту перевищує 6200 $, що занадто дорого. 4. Відомий спосіб очищення поверхні водойми від нафтових забруднень поверхні воді у шарі нафтопродуктів (завтовшки не більша 30 мм) шляхом їх збору адсорбентом, поверхня частинок якого накопичує нафту, пінополіуретаном у вигляді губчастого матеріалу з поліуретанової піни, 3 яка добре вбирає нафту і продовжує плавати після адсорбції. По розрахункових даних, 1 м цього поліуретанового пінопласту може адсорбувати з поверхні води приблизно 700 кг нафти. Тобто цей спосіб потребує адсорбенту в 10 разів менше, ніж попередній, але ціна цього адсорбенту на порядок більше. Технологія застосування цього способу полягає в тому, що розпиляють адсорбенти на нафтову плівку. Відпрацьований адсорбент очищають на майданчиках узбережжя для його рекультивації разом із ґрунтом, що забруднений нафтою. Недоліком цього способу є незадовільна ефективність очищення водойми від нафтових забруднень як через невисоку працездатність у разі великих обсягів забруднень водойми, так і через неприйнятні витрати на вказані адсорбенти. 5. Близьким рішенням до запропонованого можна вважати спосіб очищення водойми від нафти за патентом РФ № 2123086 від 17.10.1997, МПК: Е 02 В 15/04. 1 UA 113477 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Зазначений спосіб збору розлитої нафти включає виготовлення матеріалу-адсорбенту з природного графіту, який оброблюють попередньо хромової кислотою, при потрібному співвідношенні маси графіту і маси кислоти, і збір суміші матеріалу-сорбенту з нафтою після її адсорбції. Під час збору розлитої нафти з поверхні води здійснюють обробку (утилізацію) суміші на судні-збирачі нафти. Зібрану нафту виділяють і використовують за прямим призначенням. Спосіб забезпечує можливість обробки забруднених поверхонь великої площі при необхідній витраті сорбуючого матеріалу. Однак, застосовуваний у зазначеному способі адсорбент - також дорогий. Крім того, він забруднює водойму, що погіршує екологію водного середовища, тому що складові адсорбенту не є хімічно нейтральними. 6. З відомих способів очищення поверхні водойми від нафтових забруднень водойми найбільш близьким до запропонованого є фізичний спосіб очищення за допомогою нафтопоглинаючого матеріалу-сорбенту, який закріплюють на барабані, що обертається (патент РФ № 2144109 від 10.01.2000, МПК: Е 02 В 15/10). Зібрану матеріалом-сорбентом нафту потім віджимають роликом і накопичують у спеціальному приймальнику. Недоліком цього способу, згідно з прототипом, є незадовільна працездатність очищення водойми від нафтових забруднень як через необхідність витрачати час на часті заміни та закріплення матеріалу-сорбенту на барабані, а також через невисоку якість очищення водойми, у зв'язку з механічними, тобто обмеженими характеристиками поглинання торф'яного або інших раніше указаних адсорбентів в умовах великих забруднень, так і через неприйнятні екологічність і вартість очищення. Технологічним завданням запропонованого технічного рішення є підвищення працездатності, ефективності та екологічності технології очищення, а також зниження витрат у разі очищення великих поверхонь водойми від нафти. Це завдання доцільно вирішувати шляхом модернізації технології у наступних напрямках: по-перше, шляхом застосування недорогого адсорбенту з новими, а саме магнітними, властивостями; по-друге, шляхом модифікації адсорбенту, завдяки збільшення його дисперсності, а саме зменшення його масової насипної густини, тобто збільшення його питомої поверхні для накопичування нафти (до сотні 2 м /г), по-третє, шляхом інтенсифікації і більш повного витягнення магнітної суміші адсорбенту і нафти з водойми за допомогою барабанного намагніченого збирача суміші, по-чверте, шляхом застосування тефлонового покриття цього барабанного збирача для полегшення операції механічного очищення збирача від суміші на борту плавзасобу, по-п'яте, шляхом застосування технологічної лінії очищення водойми від нафти в потоці технологічних операцій та утилізації складових суміші на борту плавзасобу. Для вирішення цього завдання, додатково до операції розпорошення над водою дисперсного адсорбенту, подальшого його збору з поверхні води і утилізації суміші адсорбенту і нафтових забруднень, згідно з винаходом, використовують на борту плавзасобу дисперсний адсорбент-ферит F3O4 у вигляді електропровідного магнетиту-оксиду перехідних металів 3 оберненого типу, зменшують його масову насипну густину до 0,05 г/см шляхом вібраційного помелу в металевому реакторі з металевими шарами, розпорошують одержаний модифікований адсорбент над поверхнею води з нафтовими забрудненнями за допомогою бортових компресора і розпилювача, збирають з поверхні води суміш цього адсорбенту і нафтових забруднень за допомогою широкозахватного магнітного барабана, який попередньо покривають тефлоновим покриттям, розташовують на поверхні води перед кілем плавзасобу, прикріплюють вісь барабана до бортів плавзасобу, обертають його під час операції очищення водойми в напрямку на плавзасіб та механічно очищують від суміші модифікованого магнітного адсорбенту і нафти, накопичують цю суміш у загальному контейнері, утилізують складові суміші на борту за допомогою вальців на виході з цього контейнера та розподіляють нафту і адсорбент в окремі бортові контейнери плавзасобу. Приклад реалізації способу. Дисперсний недорогий адсорбент-магнетит у вигляді оксиду перехідних металів оберненого типу, Fе3O4, з високим рівнем магнітної проникливості та з високою дисперсністю доцільно одержувати за допомогою способу, згідно з нашим попереднім Патентом України № 75749 МПК (2006) C01G 49/02, шляхом технології відновлення (в середовищі технічного вуглецю) широко розповсюдженого простого немагнітного оксиду перехідних металів, Fе2О3, який одержують в шахтній печі з масовою насипною густиною до 3 0,15 г/см і з діаметром частинок меншим ніж 1 мкм. Додаткове диспергування F3O4, з метою одержання магнітного адсорбенту з масовою 3 насипною густиною до 0,05 г/см і з діаметром частинок меншим ніж 0,3 мкм, здійснюють шляхом вібраційного помелу F3O4 з частотою вібрацій реактора вібраційної машини, що дорівнює 20 Гц, і амплітудою 5 мм в металевому реакторі з металевими шарами. Саме ця 2 UA 113477 C2 2 5 10 15 20 25 30 35 операція дозволяє збільшити питому поверхню адсорбенту до сотні м /г, для забезпечення 3 рівня питомого поглинання нафти адсорбентом, що дорівнюватиме лише 0,002 м на 1 літр нафти. Такий рівень питомого поглинання нафти модифікованим магнітним адсорбентом дозволяє 3 витрачати лише 2 м адсорбенту на 1 тонну зібраної нафти. Технологія очищення водойми і утилізація нафти в потоці, наприклад, за допомогою плавзасобу, який дійсно має функції деякого екологічного комбайна (ecology combine) для очищення забруднень водойм, завдяки новим суттєвим ознакам, має суттєві переваги в порівнянні з технологією прототипу. Варіант її реалізації у вигляді плавзасобу, який може містить на борту: шахтні печі для одержання магнітного адсорбенту, який є більш дешевим, ніж відомі ефективні адсорбенти; вібраційну машину для модифікації адсорбенту; компресор і розпилювач для розпорошення магнітного адсорбенту над водною поверхнею; збирач з поверхні води суміші адсорбенту і нафтових забруднень у вигляді широкозахватного магнітного барабана, покритого тефлоном; механічний очищувач суміші модифікованого магнітного адсорбенту і нафти від барабана; накопичувач суміші у загальному бортовому контейнері; утилізатор складових суміші на борту за допомогою вальців на виході з цього контейнера та розподілювач нафти і адсорбенту в окремі бортові контейнері плавзасобу. Все це технологічне обладнання сприяє: - збільшенню екологічності технології процесу очищення водойми, завдяки застосуванню хімічно нейтрального адсорбенту; - суттєвому збільшенню продуктивності праці для очищення водойми великих розмірів від будь-яких нафтових забруднень в потоці за рахунок функціонування технологічної лінії; - збільшенню якості очищення водної поверхні водойми за рахунок інтенсивного і більш повного витягнення з води суміші магнітного адсорбенту і нафти за допомогою магнітного барабана; - запобіганню ручної праці і зменшенню втрат часу за рахунок механізації процесу транспортування та утилізації нафти і адсорбенту на борту плавзасобу; - зменшенню витрат коштів на очищення великих забруднень поверхні води, завдяки застосуванню ефективного і недорогого адсорбенту та продуктивного технологічного обладнання, яке функціонує з мінімальною участю людини. Загальний вигляд подібного комбайна для очищення водойми від нафтових забруднень наданий на кресленні. Таким чином, досягнення мети винаходу за допомогою сукупності суттєвих його ознак і можливість реалізації пропонованого способу є, на наш погляд, доведеними. Тому автори просять розглянути Заявку і прийняти рішення про видачу Патенту України на винахід. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 Спосіб очищення поверхні водойми від нафтових забруднень шляхом розпорошення над водою дисперсного адсорбенту, подальшого його збору з поверхні води і утилізації суміші адсорбенту і нафтових забруднень, який відрізняється тим, що використовують на борту плавзасобу дисперсний адсорбент-ферит F3O4 у вигляді електропровідного магнетиту-оксиду перехідних 3 металів оберненого типу, зменшують його масову насипну густину до 0,05 г/см шляхом вібраційного помелу в металевому реакторі з металевими шарами, розпорошують одержаний модифікований адсорбент над поверхнею води з нафтовими забрудненнями за допомогою бортових компресора і розпилювача, збирають з поверхні води суміш цього адсорбенту і нафтових забруднень за допомогою широкозахватного магнітного барабана, який попередньо покривають тефлоновим покриттям, розташовують на поверхні води перед кілем плавзасобу, прикріплюють вісь барабана до бортів плавзасобу, обертають його під час операції очищення водойми в напрямку на плавзасіб та механічно очищують від суміші модифікованого магнітного адсорбенту і нафти, накопичують цю суміш у загальному контейнері, утилізують складові суміші на борту за допомогою вальців на виході з цього контейнера та розподіляють нафту і адсорбент в окремі бортові контейнери плавзасобу. 3 UA 113477 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4