Способ очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для очистки природных и искусственных водоемов, дно которых загрязнено нефтью и нефтепродуктами. Способ очистки донных водоемов от нефти и нефтепродуктов включает отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, подъем нефтесодержащей смеси на поверхность водоема и сбор нефти и нефтепродуктов с последующей их утилизацией. Донные отложения размывают водовоздушной струей. Поднятую эрлифтом 5 на поверхность водоема нефтесодержащую смесь сепарируют на газ, сопутствующую воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции. Газ сбрасывают в атмосферу. Гидрофобные нефтяные фракции накапливают в нефтесборной емкости 1. Сопутствующую воду очищают от остатков нефтепродуктов нефтесорбирующими материалами 11 и сбрасывают в очищаемый водоем. Установка для очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов включает плавающую нефтесборную емкость 1, средство размыва и фтотации 19, эрлифтный канал 5 транспортировки нефтесодержащих загрязнений и каскад плавучих бассейнов 10 с нефтесорбирующими средствами 11. Изобретение позволяет повысить производительность и степень очистки воды. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для использования на природных и искусственных водоемах, дно которых загрязнено нефтью и нефтепродуктами.

Известен способ очистки донных отложений обезвоживанием суспензии донных отложений и воды и трехкратной термообработкой осадка горячей водой при 80°С в течение 24 часов с дальнейшей аэробной биологической очисткой (патент РФ №2246451 С1, МПК С02F 11/02, 16.09.2003).

Известен также способ очистки донных отложений нефтешламовых накопителей (патент РФ №2309128 С1, МПК C02F 11/16, 26.02.2006), где осадок непосредственно в накопителе смешивают с известковым материалом, а затем смесь из накопителя направляют на сушку в естественных условиях до 30-40 % влажности. Далее смесь подвергают анаэробной биологической обработке.

Недостатком известных способов является высокая стоимость очистки донных отложений за счет необходимости изъятия отложений для очистки из водного объекта. Данные способы практически не реализуемы на природных водных объектах.

Известен способ очистки воды водоемов и донных отложений от загрязнений нефтью и нефтепродуктами (патент РФ №2260652 С1, МПК Е02В 15/04, С02F 1/28, 2005), который предусматривает аэрацию воды и флотацию донных отложений. На поверхности воды размещают активные боны, выполненные в виде матов из хлопчатобумажной или синтетической ткани, заполненных очищающим составом, которыми огораживают всплывающие загрязнения. В результате принудительной аэрации и активации углеводородокисляющих микроорганизмов очищающим составом активных бонов происходит окисление нефти и нефтепродуктов.

Недостатком данного способа очистки донных отложений является размытие донных отложений, которые вызывают увеличение содержания нефти в воде, вторичное загрязнение водоема нефтепродуктами и неконтролируемое передвижение нефти и нефтепродуктов в толще воды и на поверхности водного объекта, особенно при наличии течения, что малоэффективно и неприменимо на водных объектах, имеющих рыбохозяйственное значение. Степень очистки воды недостаточна, при сильном загрязнении дна водоема слоем нефтепродуктов активные боны быстро загрязняются нефтью и теряют очищающие свойства.

Ближайшим аналогом предлагаемого решения является способ очистки донных отложений водоемов от нефти и/или нефтепродуктов (патент РФ №2381994, C02F 1/40, B09C 1/00), включающий механическое разрушение придонного слоя с помощью вибраторов придонного блока очистки, которые погружают в донные отложения. Механическими колебаниями вибраторов вызывают отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, одновременно осуществляют подачу сжатого воздуха, который перемещает водовоздушную смесь и загрязнения в сужающуюся верхнюю часть придонного блока, выполненного в виде перевернутой пирамиды. Загрязнения подхватывают эрлифтным потоком, поднимают на поверхность водоема и собирают в плавающую емкость-отстойник. Способ выбран за прототип.

Недостатком данного способа, не позволяющим достичь желаемого технического результата, является малая объемная производительность очистки воды от нефти и нефтепродуктов и недостаточная степень очистки. Это вызвано тем, что в приемную емкость-отстойник поступает нефтесодержащая смесь с достаточно низким содержанием загрязнений, которые могут составлять всего несколько процентов от объема сопутствующей воды. Как известно, ПДК воды по нефти составляет 0,1 мг/л, а для рыбохозяйственных водоемов - вдвое меньше (Требования СанПИН 2.1.4.1074-01). Вода, отстоянная в отстойнике, не является чистой, и может вновь поступать в водоем. Недостатком способа-прототипа является и невозможность погружения механических вибраторов в плотные донные отложения - каменистые, глинистые, скалистые, что существенно ограничивает применение известного способа очистки.

Технической задачей изобретения является повышение объемной производительности очистки воды и донных отложений от нефти и нефтепродуктов, увеличение степени очистки воды и уменьшение вторичного загрязнения водоема.

Технический результат достигается следующим образом.

В способе очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов, включающем отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, подъем нефтесодержащей смеси эрлифтным потоком на поверхность водоема и сбор нефти и нефтепродуктов с последующей их утилизацией, отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений в отличие от прототипа осуществляют путем размыва донных отложений водовоздушной струей, поднятую на поверхность водоема и собранную нефтесодержащую смесь сепарируют на газ, сопутствующую воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции, газ сбрасывают в атмосферу, гидрофобные нефтяные фракции накапливают в нефтесборной емкости, а сопутствующую воду очищают от остатков нефтепродуктов нефтесорбирующими материалами и сбрасывают в очищаемый водоем.

Общими с прототипом существенными признаками являются отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, использование эрлифтного транспорта нефтесодержащей смеси на поверхность водоема, использование сужающего устройства для исключения вторичного загрязнения и направления нефтезагрязнений в транспортный канал, сбор нефтепродуктов в плавающую емкость для их последующей утилизации.

Существенными отличительными признаками являются размыв донных отложений с использованием водовоздушной струи, сепарирование нефтесодержащей смеси на газ, воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции, дополнительная очистка сопутствующей транспортной воды от остатков нефтепродуктов нефтесорбирующими материалами и возвращение воды обратно в очищаемый водоем. В результате цикличная работа установки становится непрерывной, резко повышается производительность при отсутствии вторичного загрязнения водоема.

На фиг. 1 приведена возможная схема установки для реализации способа очистки по изобретению.

Цифрами на схеме обозначены: 1 - нефтесборная емкость; 2 - водяной насос; 3 - воздушный эжектор; 4 - канал подачи водовоздушной смеси; 5 - эрлифтный канал; 6 - заборный колпак; 7 - воздухоотводящий патрубок; 8 - водоотводящий патрубок; 9 - гибкая труба; 10 - очистительный бассейн; 11 - нефтесорбирующее средство; 12 - переливная труба; 13 - патрубок слива очищенной воды; 14 - гидрозатвор; 15 - перегородка; 16 - отверстие для перетока воды; 17 - осаждающийся слой загрязнений; 18 - всплывающий слой загрязнений;

Установка для реализации способа очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов включает плавающую нефтесборную емкость, средство отделения нефтесодержащих загрязнений от донных отложений и флотации нефтесодержащих загрязнений, расширяющийся книзу заборный колпак 6, эрлифтный канал 5 транспортировки нефтесодержащих загрязнений, соединенный одним концом с узкой частью заборного колпака, другим концом входящий в плавающую нефтесборную емкость на высоту нефтесбора. Средство размыва и флотации нефтесодержащих загрязнений осуществлено в виде водяного насоса 2 с забором воды из водоема, выходной патрубок насоса оборудован воздушным эжектором 3 и соединен с каналом 4 подачи водовоздушной смеси. Нефтесборная емкость 1, принимающая эрлифтный поток с нефтесодержащей смесью, в верхней своей части оборудована воздухоотводящим патрубком 7, сообщенным с атмосферой, и водоотводящим патрубком 8, направляющим сопутствующую воду на доочистку. Водоотводящий патрубок 8 посредством гибкой трубы 9 сообщен с каскадом связанных между собой гибкими связями (на схеме не показаны) плавучих очистительных бассейнов 10. Каждый плавучий очистительный бассейн содержит нефтесорбирующее средство 11 и посредством гибкой переливной трубы 12 сообщен с последующим очистительным бассейном каскада, при этом последний очистительный бассейн оборудован патрубком 13 слива очищенной воды в водоем.

Заявленный способ допускает множество конструктивных воплощений. Нефтесборная емкость может быть установлена на плавающей платформе и транспортироваться маломерным судном. Каскад очистительных бассейнов представляет собой проточную для воды систему и может быть выполнен в виде последовательности плавающих поддонов с габаритами, обеспечивающими расчетную производительность. В качестве нефтесорбирующего средства могут применяться алюмосиликаты, торф, хлопкосодержащие сорбенты, поролон, растительные отходы и другие известные средства, в том числе содержащие микроорганизмы-деструкторы.

Поднявшись на поверхность водоема и попав в нефтесборную емкость (см. схему на фиг. 1), нефтесодержащие агломераты освобождаются от воздуха и опускаются на дно нефтесборной емкости, образуя тяжелый гидрофобный слой загрязнений 17. Здесь локализуются сгустки мазута, агломераты смолистых веществ с включениями песка и ила и т.п. Легкие гидрофобные фракции образуют слой 18, содержащий эмульсионную пену, керосин, растительную органику и т.п. Образующаяся пена, поступая в очистительные бассейны, снижает эффективность доочистки сопутствующей воды до требуемого уровня, поэтому в одном из вариантов конструктивного воплощения заявленного устройства нефтесборная емкость 1 со стороны водоотводящего патрубка 8 может быть оборудована гидрозатвором 14, для чего в ней выполнена вертикальная перегородка 15, имеющая отверстие 16 для перетока воды, расположенное выше осаждающегося слоя 17 и ниже всплывающего слоя 18 загрязнений.

Нефтесорбирующее средство 11 может быть заключено в сменные картриджи, например упаковано в водопроницаемые сетчатые мешки или пакеты, оперативно заменяемые по мере насыщения их нефтью и утраты сорбирующих свойств. Вода, сливаемая в водоем через патрубок 13, должна быть прозрачна и не иметь нефтяного запаха.

Канал 4 подачи водовоздушной смеси может быть выполнен как из жесткой телескопической трубы, так и из гибкого шланга. Для увеличения дальнобойности струи канал оборудуют конусной насадкой 19 по типу водовоздушной пушки.

На практике испытан и показал работоспособность заборный колпак 6, выполненный из плотной ткани типа брезента, закрепленной на легком каркасе. Эрлифтный канал 5 на участке от заборного колпака 6 до нефтесборной емкости 1 также может быть выполнен из плотной ткани в виде рукава, имеющего кольцевые распорки, что наряду с упомянутыми выше гибкими связями между очистительными бассейнами придает всей установке некоторую подвижность и увеличивает надежность работы.

Число плавучих очистительных бассейнов в каскаде дополнительной очистки воды не ограничено, и при достаточной мощности плавучего транспортного средства может быть выполнено в количестве, достаточном для очистки сопутствующей воды до уровня предельно допустимых концентраций.

Способ по изобретению осуществляют следующим образом (см. фиг. 1).

На водоеме, где будет проходить очистка донных отложений и воды от нефти и нефтепродуктов, производят сборку установки. После доставки установки к месту работ оператор определяет глубину на загрязненном участке. На транспортном судне (на схеме не показано) устанавливают водяной насос 2 с эжектором 3 и закрепляют на транце канал 4 подачи водовоздушной смеси. Нефтесборную емкость 1 посредством переливной трубы 12 соединяют с плавающими очистительными бассейнами 10. Очистительные бассейны заполняют нефтесорбирующим средством 11.

При запуске установки осуществляют холостую подачу водовоздушной смеси без размыва нефтяных загрязнений, вплоть до заполнения нефтесборной емкости водой, чтобы легкая гидрофобная фракция не поступала в водоотводящий патрубок, после чего опускают канал подачи водовоздушной смеси вместе с заборным колпаком на требуемую глубину, фиксируют эрлифтную установку над донными отложениями и начинают сбор нефтепродуктов. Струи воды, насыщенные воздухом, размывают донные отложения, при этом агрегаты нефти покрываются пузырьками воздуха, приобретают положительную плавучесть и в восходящем эрлифтном потоке через заборный колпак 6 и эрлифтный канал 5 поднимаются в нефтесборную емкость. В нефтесборной емкости происходит сепарация нефтесодержащей смеси на газ (воздух с летучими углеводородами), сопутствующую воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции. Воздух через воздухоотводящий патрубок 7 сбрасывают в атмосферу. Гидрофобные нефтяные фракции накапливают в нефтесборной емкости.

Сопутствующую воду через водоотводящий патрубок 8 направляют на дополнительную очистку нефтесорбирующим средством. Картриджи или упаковки по мере снижения сорбирующих свойств заменяют новыми, а отработанный сорбент отправляют на утилизацию. Сравнительно дешевым нефтесорбирующим средством является торф, который может быть заселен нефтеокисляющими микроорганизмами. Перспективно использование упаковок полиуретана: по расчетным данным 1 м³ полиуретановой крошки может адсорбировать приблизительно 700 кг нефти (www.o8ode.ru/article/answer/method/oil_water.htm). Увеличение количества плавающих очистительных бассейнов способствует повышению степени очистки воды от нефти.

О степени наполнения нефтесборной емкости нефтью судят по количеству нефтепродуктов, поступающих в водоотводящий патрубок 8. При резком увеличении содержания нефти в сопутствующей воде работу прекращают для смены или опорожнения заполненной нефтесборной емкости. Нефтесборную емкость транспортируют к береговой площадке и опорожняют, например, вакуумной откачкой.

Испытание предложенного способа проводилось в смоделированных условиях. Для этого создавали условия, когда нефть находится на поверхности донных отложений, как и при загрязнении водоемов нефтепродуктами в естественных условиях. На дно бассейна (аквариум емкостью 0,3 м³) помещали чистый сухой песок слоем 10 см. На поверхность песчаных отложений медленно выливали нефть слоем 0,5 см, что соответствовало техногенному загрязнению донных отложений в концентрации около 16 г/кг в пересчете на вес сухого песка, затем заливали слоем воды 9,8 см. Нефть оставляли на 30 суток для сорбции ее поверхностным слоем песка. Уровень воды поддерживали 9,8 см. По истечении 30 суток в бассейн медленно (во избежание размытия песка) наливали воду до уровня 40 см, что моделировало загрязнение водоема слоем 5 см на глубине 4 м. Нефть за счет связи с песком не всплывала на поверхность воды, а оставалась на дне.

В бассейн помещали модель аэрлифтной установки, нижний край которой размещали на расстоянии 3-5 см от слоя нефти. Для создания эрлифта использовали водяную помпу с воздушным эжектором.

При включении помпы происходит забор воды из аквариума и ее газирование, воздушные пузырьки, направляемые водовоздушной пушкой, покрывают слой нефти на дне. Через некоторое время наблюдается отделение от песка нефти в виде сгустков и пластов, подъем их по направляющему каналу и локализация в плавающей модели нефтесборной емкости (30×20×10 см) из прозрачного пластика. Заборный колпак эрлифтного канала, выполненный в форме усеченного конуса с большим диаметром 12 см, выполняет функцию зонтика, ограничивает выход нефти за пределы установки, что не приводит к загрязнению поверхности воды (на поверхности бассейна не появлялись радужные пятна). Сопутствующая вода, поступающая в емкость в виде эрлифтной нефтесмеси, направлялась через гидрозатвор в систему из 5-ти плавающих прямоугольных поддонов (20×10×10 см каждый) с перетоком воды, которые были заполнены сорбционным материалом. Для очистки воды испытаны синтепон, гранулированный поролон и торф.

После чистки дна аквариума были отобраны пробы донных отложений (3 пробы) и воды (3 пробы). Результаты количественного химического анализа показали, что после использования аэрлифтной установки содержание нефти в донных отложениях составляло от 0,84 до 1,05 г/кг, т.е. уменьшилось более чем в 2 раза по сравнению с прототипом. Содержание нефтепродуктов в сопутствующей воде после прохождения через систему очистительных поддонов составило в среднем 0,21 мг/дм³, что на 30% меньше ПДК для водоемов общесанитарного пользования. Степень очистки может быть повышена увеличением количества поддонов, что требует увеличения габаритов модельной установки.

1. Способ очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов, включающий отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, подъем нефтесодержащей смеси эрлифтным потоком на поверхность водоема и сбор нефти и нефтепродуктов с последующей их утилизацией, отличающийся тем, что отделение нефти и нефтепродуктов осуществляют путем размыва донных отложений водовоздушной струей, поднятую на поверхность водоема нефтесодержащую смесь сепарируют на газ, сопутствующую воду, легкую всплывающую и тяжелую тонущую гидрофобные нефтяные фракции, газ сбрасывают в атмосферу, гидрофобные нефтяные фракции отделяют от воды и накапливают в нефтесборной емкости, а сопутствующую воду с остатками нефтепродуктов очищают нефтесорбирующими материалами и сбрасывают в очищаемый водоем.

2. Установка для очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов, включающая плавающую нефтесборную емкость, средство размыва и флотации нефтесодержащих загрязнений, расширяющийся книзу заборный колпак, эрлифтный канал транспортировки нефтесодержащих загрязнений, соединенный одним концом с узкой частью заборного колпака, другим концом входящий в плавающую нефтесборную емкость на высоту нефтесбора, отличающаяся тем, что средство размыва и флотации нефтесодержащих загрязнений оборудовано водяным насосом, выходной патрубок которого снабжен воздушным эжектором и соединен с каналом подачи водовоздушной смеси, нефтесборная емкость в верхней своей части оборудована воздухоотводящим патрубком, сообщенным с атмосферой, и водоотводящим патрубком, посредством гибкой трубы сообщенным с каскадом связанных между собой гибкими связями плавучих очистительных бассейнов, каждый очистительный бассейн содержит нефтесорбирующее средство и посредством гибкой переливной трубы сообщен с последующим очистительным бассейном каскада, при этом последний очистительный бассейн оборудован патрубком слива очищенной воды в водоем.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что нефтесборная емкость со стороны водоотводящего патрубка оборудована гидрозатвором, для чего в ней выполнена вертикальная перегородка, имеющая отверстие для перетока сопутствующей воды, расположенное выше слоя тяжелых гидрофобных фракций нефтесодержащих загрязнений и ниже слоя легких гидрофобных фракций нефтесодержащих загрязнений.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что нефтесорбирующее средство упаковано в сменные водопроницаемые картриджи.

5. Установка по п.2, отличающаяся тем, что канал подачи водовоздушной смеси выполнен из гибкого шланга и на выходе оборудован конусной насадкой.

6. Установка по п.2, отличающаяся тем, что заборный колпак выполнен из плотной ткани, закрепленной на каркасе из легкого прочного материала.

7. Установка по п.2, отличающаяся тем, что эрлифтный канал на участке от заборного колпака до нефтесборной емкости выполнен из плотной ткани в виде рукава, имеющего кольцевые распорки.

8. Установка по п.2, отличающаяся тем, что каскад плавучих очистительных бассейнов выполнен в количестве, достаточном для очистки сливаемой воды до уровня ПДК по содержанию нефтепродуктов.