Способ очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов
Владельцы патента RU 2783837:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для очистки природных и искусственных водотоков, дно которых загрязнено нефтью и нефтепродуктами. Способ очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов включает размыв донных отложений водовоздушной струей под давлением, поднятие нефти и нефтепродуктов на поверхность воды, применение боновых заграждений в области размыва донных отложений, сбор нефтяной пленки на поверхности воды, применение сорбирующих бонов, ниже области размыва донных отложений на поверхности водотока последовательно устанавливают диагонально, с полным перекрытием русла водотока, первый и второй ряды боновых заграждений, между которыми по дну водотока размещают диагонально, от берега до берега, средство для создания воздушно-пузырьковой завесы, ограничивая область очистки толщи воды; после второго ряда боновых заграждений, в области очистки поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов, устанавливают ряды сорбирующих бонов, каждый из которых поочередно закрепляют на противоположных берегах водотока, смещая относительно друг друга, с обязательным перекрытием предыдущего ряда, под острым углом к берегу водотока; перед размывом донных отложений создают воздушно-пузырьковую завесу, которой улавливают вторичные нефть и нефтепродукты, сбор нефтяной пленки и вторичной нефтяной пленки на поверхности воды осуществляют механическими орудиями для сбора нефти и нефтепродуктов. Технический результат изобретения - повышение эффективности очистки водотоков, путем одновременного снижения содержания нефти и нефтепродуктов в донных отложениях, толще воды и на поверхности воды. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для очистки природных и искусственных водотоков, дно которых загрязнено нефтью и нефтепродуктами.
Известно, например из патентных документов US20120024782A1 18.05.2011, CN111254894B 06.03.2020, что применяют сжатый воздух для размытия донных отложений и для создания водно-пузырьковой завесы с целью поднятия нефти и нефтепродуктов, в том числе агрегатов, на поверхность водного объекта. Известно также применение бонов для локализации нефтяной пленки на поверхности водных объектов. Известны многочисленные способы и устройства для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности водных объектов. Однако бессистемное применение известных способов и устройств приводит к негативным, в том числе с экономической точки зрения, результатам. Неверные этапы работ и ошибки в выборе инструментария приводят к образованию вторичного загрязнения воды, что наносит вред окружающей среде, увеличивает риск нарушения ПДК нефти и нефтепродуктов после очистки, ведет к дополнительным затратам на его ликвидацию. Такие недостатки существенны при проведении очистки реальных загрязненных нефтью и нефтепродуктами водных объектов, которые, как правило, располагаются в отдалении от инфраструктуры и в сложных климатических условиях.
Известен метод использования воздуха для удаления осевших нефтезагрязнений, описанный в патенте EP2497862A1, 07.05.2010 МПК E02B1/003, включающий определение рабочей зоны с помощью бонового заграждения таким образом, чтобы нефть не попадала в рабочую зону или не вытекала из рабочей зоны; размещение адсорбента на нефтяном боне; введение воздушной струи на дно ниже поверхности воды; нагнетание сжатого воздуха, тем самым поднимая воду и песок или почву вместе со сжатым воздухом, высвобождая газ из нефти, осевшей на дне, за счет кинетической энергии пузырьков воздуха, вызванных потоком сжатого воздуха для дегазации нефти; и удаление всплывшей, плавающей на поверхности воды нефти.
Недостатком данного способа является вторичное загрязнение водоема (водотока) нефтепродуктами и неконтролируемое передвижение нефти и нефтепродуктов в толще воды, особенно при наличии течения, что малоэффективно и неприменимо на водных объектах, имеющих рыбохозяйственное значение. Также течение в водотоках может способствовать утечкам нефтяной пленки через боновое заграждение.
Техническая задача: создание способа комплексной очистки водотоков, включающей донные отложения, толщу воды и поверхность воды, от нефти и нефтепродуктов, применимой в сложных климатических условиях.
Технический результат: повышение эффективности очистки водотоков, путем одновременного снижения содержания нефти и нефтепродуктов в донных отложениях, толще воды и на поверхности воды.
Технический результат достигается тем, что способ очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов, включает размыв донных отложений водовоздушной струей под давлением, поднятие нефти и нефтепродуктов на поверхность воды, применение боновых заграждений в области размыва донных отложений, сбор нефтяной пленки на поверхности воды, применение сорбирующих бонов. Ниже области размыва донных отложений на поверхности водотока последовательно устанавливают диагонально, с полным перекрытием русла водотока, первый и второй ряд боновых заграждений, между которыми по дну водотока размещают диагонально, от берега до берега, средство для создания воздушно-пузырьковой завесы, ограничивая область очистки толщи воды. После второго ряда боновых заграждений, в области очистки поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов, устанавливают ряды сорбирующих бонов, каждый из которых поочередно закрепляют на противоположных берегах водотока, смещая относительно друг друга, с обязательным перекрытием предыдущего ряда, под острым углом к берегу водотока. Перед размывом донных отложений создают воздушно-пузырьковую завесу, которой улавливают вторичные нефть и нефтепродукты, сбор нефтяной пленки и вторичной нефтяной пленки на поверхности воды осуществляют механическими орудиями для сбора нефти и нефтепродуктов.
Кроме того, увеличивают протяженность зоны очистки толщи воды, чередуя размещение по дну водотока диагонально, от берега до берега, дополнительного средства для создания воздушно-пузырьковой завесы и установку на поверхности водотока диагонально, с полным перекрытием русла водотока, дополнительного ряда боновых заграждений.
Кроме того, увеличивают протяженность области очистки поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов, устанавливая дополнительные ряды сорбирующих бонов, каждый из которых поочередно закрепляют на противоположных берегах водотока, смещая относительно друг друга, с обязательным перекрытием предыдущего ряда, под острым углом к берегу водотока.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где изображен общий вид реализации способа и варианты реализации (вид сверху): 1 - нефтесборная емкость; 2 - транспортное судно; 3 - средство для размыва донных отложений; 4 - первый ряд боновых заграждений; 5 - второй ряд боновых заграждений; 6 - средство для создания воздушно-пузырьковой завесы; 7,8,9,10 - ряды сорбирующих бонов; 19 - дополнительное средство для создания воздушно-пузырьковой завесы; 20, 21 - дополнительные ряды сорбирующих бонов.
Сущность изобретения поясняется фиг. 2, где изображены этапы реализации способа (вид сверху): 1 - нефтесборная емкость; 2 - транспортное судно; 3 - средство для размыва донных отложений; 4 - первый ряд боновых заграждений; 5 - второй ряд боновых заграждений; 6 - средство для создания воздушно-пузырьковой завесы; 7,8,9,10 - ряды сорбирующих бонов; 11 - агрегаты нефти и нефтепродуктов; 12 - пузырьки воздуха; 13 - нефтяная пленка; 14 - вторичные нефть и нефтепродукты; 15 - воздушно-пузырьковая завеса; 16 - вторичная нефтяная пленка; 17,18 - механические орудия для сбора нефти и нефтепродуктов.
Способ очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов реализуется следующим образом.
Водоток по направлению от истока к устью разбивают на зоны очистки, протяженность которых определяют в зависимости от результатов предварительного гидроэкологического исследования водотока. Внутри каждой зоны очистки определяют область размыва донных отложений, область очистки толщи воды и область очистки поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов.
В области размыва донных отложений на поверхности воды размещают нефтесборную емкость (1) и транспортное судно (2), средство для размыва донных отложений (3). Ниже области размыва донных отложений на поверхности водотока последовательно устанавливают диагонально, с полным перекрытием русла водотока, первый ряд боновых заграждений (4) и второй ряд боновых заграждений (5), между которыми по дну водотока размещают диагонально, от берега до берега, средство для создания воздушно-пузырьковой завесы (6), ограничивая область очистки толщи воды.
После второго ряда боновых заграждений (5) в области очистки поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов устанавливают ряды сорбирующих бонов (7,8,9,10), каждый из которых поочередно закрепляют на противоположных берегах водотока, смещая относительно друг друга, с обязательным перекрытием предыдущего ряда, под острым углом к берегу водотока.
Последовательно приводят в рабочее состояние средство для создания воздушно-пузырьковой завесы (6), при помощи которого обеспечивают непрерывное образование пузырьков воздуха достаточной плотности для сдерживания и поднятия нефти и нефтепродуктов в толще воды на поверхность воды. Приводят в рабочее состояние средство для размыва донных отложений (3), используя которое вводят водовоздушную струю под давлением в донные отложения и размывают донные отложения. При размыве донных отложений агрегаты нефти и нефтепродуктов (11) покрываются пузырьками воздуха (12), приобретают положительную плавучесть и поднимаются на поверхность воды, где образовывают нефтяную пленку (13), которую задерживают первым рядом боновых заграждений (4).
Вторичные нефть и нефтепродукты (14), которые при подъеме из донных отложений не достигли поверхности воды и под действием течения переместились в толще воды за пределы области размыва донных отложений улавливают воздушно-пузырьковой завесой (15). Вторичные нефть и нефтепродукты (14) образуют вторичную нефтяную пленку (16) на поверхности воды между первым рядом боновых заграждений (4) и вторым рядом боновых заграждений (5). Нефтяную пленку (13) и вторичную нефтяную пленку (16) с поверхности воды собирают в нефтесборную емкость (1), применяя механические орудия для сбора нефти и нефтепродуктов (17, 18). Нефтесборную емкость (1) при заполнении транспортируют к береговой площадке и опустошают. Очистку поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов осуществляют рядами сорбирующих бонов (7,8,9,10).
При необходимости, например, с целью создания резервной воздушно-пузырьковой завесы, увеличивают протяженность зоны очистки толщи воды, чередуя размещение по дну водотока диагонально, от берега до берега, дополнительного средства для создания воздушно-пузырьковой завесы (19) и установку на поверхности водотока диагонально, с полным перекрытием русла водотока, дополнительного ряда боновых заграждений (20).
При необходимости, например при изначально высокой концентрации нефти и нефтепродуктов в донных отложениях, увеличивают протяженность области очистки поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов, устанавливая дополнительные ряды сорбирующих бонов (21,22), каждый из которых поочередно закрепляют на противоположных берегах водотока, смещая относительно друг друга, с обязательным перекрытием предыдущего ряда, под острым углом к берегу водотока.
Предлагаемый способ очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов был применен при очистке водотока (ручья) длиной 5000 м, расположенного на территории деятельности нефтедобывающего предприятия на Севере Российской Федерации. Предварительное гидроэкологическое обследование показало, что ширина водотока варьировала от 1.00 до 4.00 м, в среднем по водотоку 2.40 м. Глубина водотока изменялась от 0.10 до 1.50 м со средним значением 0.40 м, средняя скорость течения составляла 0.20 м/с. Концентрация растворенных нефтепродуктов в воде в среднем составляла 0.09 мг/дм3. Преобладали минеральные донные отложения. Среднее содержание нефтепродуктов в донных отложениях водотока до очистки составило 15420 мг/кг. Зону очистки дна водотока предварительно разбили на участки протяженностью около 50 м, и проводили очистку в порядке очередности по направлению от истока к устью ручья. В зависимости от степени загрязнения донных отложений (в пределах ПДК до 1000 мг/кг, среднее в диапазоне 1000-30000 мг/кг, высокое - свыше 30000 мг/кг) применяли различные варианты.
Заявленный способ очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов допускает множество конструктивных воплощений. Количество и объем нефтесборных емкостей могут менять с целью обеспечения расчетной производительности, при этом нефтесборную емкость могут устанавливать на плавающей платформе или на берегу водотока, транспортировать транспортным судном или ручным способом в зависимости от условий на водотоке.
В качестве первого и второго рядов боновых заграждений могут применять боны, предназначенные для защиты от аварийных разливов нефтепродуктов внутренних водоемов, в частности боны постоянной плавучести.
Для формирования рядов сорбирующих бонов могут применять боны, наполнение которых представляет собой сорбент-поглотитель, например, терморасщепленный графит, алюмосиликаты, торф, хлопкосодержащие сорбенты, пенополиуретан, растительные отходы и другие известные сорбенты, в том числе содержащие микроорганизмы-деструкторы нефти и нефтепродуктов. Причем допустимо использование рядов сорбирующих бонов с различными типами наполнения в пределах одной области очистки поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов.
В качестве средства для размыва донных отложений могут применять известные устройства или группы устройств, функциональные возможности которых обеспечивают подачу водовоздушной струи под давлением в донные отложения водотока и размытие донных отложений. Средство для размыва донных отложений могут располагать на транспортном судне или на берегу водотока в зависимости от условий на водотоке.
В качестве средства для создания воздушно-пузырьковой завесы могут применять известные устройства или группы устройств, которые обеспечивают непрерывную подачу сжатого воздуха в канал, расположенный по дну водотока, и образование пузырьков воздуха достаточной плотности для сдерживания и поднятия нефти и нефтепродуктов в толще воды на поверхность воды.
В качестве механических орудий для сбора нефти и нефтепродуктов могут применяться известные устройства, характеризующиеся сорбирующими элементами рабочих органов, например, барабанные скиммеры, щеточные нефтесборщики, ленточные скиммеры, тросс-швабры и другие, предназначенные для сбора нефти и нефтепродуктов ручным способом. Применение механических орудий для сбора нефти и нефтепродуктов обусловлено тем, что в сложных климатических условиях, в значительном отдалении от инфраструктуры, имеется дефицит электроэнергии, а также необходимо избегать проведения ремонта применяемого инструментария, а простые механические орудия являются наиболее надежными и легкозаменяемыми.
Пример 1. Применение способа очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов в зоне очистки с концентрацией нефти и нефтепродуктов в донных отложениях в пределах ПДК.
В области размыва донных отложений на поверхности водотока размещали нефтесборную емкость (1), выполненную из полимера и объемом 3 м3, в качестве транспортного судна (2) применяли стеклопластиковую платформу в форме лодки. На транспортном судне (1) размещали средство для размыва донных отложений (3), состоящее из электрогенератора, компрессора, шланга ПВХ и распылителя. Ниже области размыва донных отложений на поверхности водотока последовательно устанавливали диагонально, с полным перекрытием русла водотока, первый ряд боновых заграждений постоянной плавучести (4) и второй ряд боновых заграждений постоянной плавучести (5), характеризующиеся диаметром 10 см и длиной 10 м, между которыми по дну водотока размещали диагонально, от берега до берега, средство для создания воздушно-пузырьковой завесы (6), состоящее из электрогенератора, компрессора, шланга с перфорациями и утяжелителя, ограничивая область очистки толщи воды.
После второго ряда боновых заграждений постоянной плавучести (5) в области очистки поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов устанавливали ряды сорбирующих бонов (7,8,9,10), характеризующихся полимерным наполнителем, диаметром 10 см, нефтеемкостью до 8 кг на изделие и длиной 10 м. Каждый ряд сорбирующих бонов (7,8,9,10) поочередно закрепляли на противоположных берегах водотока, смещая относительно друг друга, с обязательным перекрытием предыдущего ряда, под острым углом к берегу водотока.
Последовательно приводили в рабочее состояние средство для создания воздушно-пузырьковой завесы (6), при помощи которого обеспечивали непрерывное образование пузырьков воздуха достаточной плотности для сдерживания и поднятия нефти и нефтепродуктов в толще воды на поверхность воды. Приводили в рабочее состояние средство для размыва донных отложений (3), используя которое вводили водовоздушную струю под давлением в донные отложения и размывали донные отложения. При размыве донных отложений агрегаты нефти и нефтепродуктов (11) покрывались пузырьками воздуха (12), приобретали положительную плавучесть и поднимались на поверхность воды, где образовывали нефтяную пленку (13), которую задерживали первым рядом боновых заграждений постоянной плавучести (4).
Вторичные нефть и нефтепродукты (14), которые при подъеме из донных отложений не достигли поверхности воды и под действием течения переместились в толще воды за пределы области размыва донных отложений улавливали воздушно-пузырьковой завесой (15). Всплывшие нефть и нефтепродукты (14) образовывали вторичную нефтяную пленку (16) на поверхности воды между первым рядом боновых заграждений постоянной плавучести (4) и вторым рядом боновых заграждений постоянной плавучести (5). Нефтяную пленку (13) и вторичную нефтяную пленку (16) с поверхности воды собирали в нефтесборную емкость (1), применяя механические орудия для сбора нефти и нефтепродуктов (17, 18), характеризующиеся сорбирующими элементами рабочих органов. Нефтесборную емкость (1) при заполнении транспортировали вручную к береговой площадке ручным способом и опустошали методом откачки. Очистку поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов осуществляли рядами сорбирующих бонов (7,8,9,10). Результаты представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||
| Пример 1 | Донные отложения | Вода | |||
| Показатели | Нефть и нефтепродукты, мг/кг | Взвешенные вещества, мг/дм3 |
Растворенный кислород, мгО2/дм3 | Cl-, мг/дм3 | Нефть и нефтепродукты, мг/кг |
| До очистки | 853 ± 213 | 11.0 ± 1.1 | 1.89 ± 0.13 | 94.0 ± 14.0 | 0.080 ± 0.030 |
| После очистки | 287 ± 72 | 3.60 ± 0.60 | 7.0 ± 0.3 | 45.0 ± 7.00 | 0.068 ± 0.027 |
Пример 2. Применение способа очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов в зоне очистки со средней (в диапазоне 1000-30000 мг/кг) концентрацией нефти и нефтепродуктов в донных отложениях.
Способ очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов осуществляли аналогично описанию из Примера 1, при этом увеличивали протяженность зоны очистки толщи воды, разместив по дну водотока диагонально, от берега до берега, дополнительное средство для создания воздушно-пузырьковой завесы (19) и установили на поверхности водотока диагонально, с полным перекрытием русла водотока, дополнительный ряд боновых заграждений постоянной плавучести (20). Результаты представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||
| Пример 2 | Донные отложения | Вода | |||
| Показатели | Нефть и нефтепродукты, мг/кг | Взвешенные вещества, мг/дм3 |
Растворенный кислород, мгО2/дм3 | Cl-, мг/дм3 | Нефть и нефтепродукты, мг/кг |
| До очистки | 12038 ± 3010 | 25.2 ± 2.5 | 1.06 ± 0.09 | 101 ± 15.0 | 0.059 ± 0.024 |
| После очистки | 105 ± 26 | 2.60 ± 0.50 | 7.2 ± 0.3 | 46.0 ± 7.00 | 0.047 ± 0.019 |
Пример 3. Применение способа очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов в зоне очистки с высокой (свыше 30000 мг/кг) концентрацией нефти и нефтепродуктов в донных отложениях.
Способ очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов осуществляли аналогично описанию из Примера 1 и Примера 2, при этом увеличивали протяженность области очистки поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов, устанавливали дополнительные ряды сорбирующих бонов (21,22), каждый из которых поочередно закрепляли на противоположных берегах водотока, смещая относительно друг друга, с обязательным перекрытием предыдущего ряда, под острым углом к берегу водотока. Дополнительные ряды сорбирующих бонов (21,22), характеризовались хлопкосодержащим наполнителем, диаметром 10 см, нефтеемкостью до 8 кг на изделие и длиной 10 м. Результаты представлены в таблице 3.
| Таблица 3 | |||||
| Пример 3 | Донные отложения | Вода | |||
| Показатели | Нефть и нефтепродукты, мг/кг | Взвешенные вещества, мг/дм3 |
Растворенный кислород, мгО2/дм3 | Cl-, мг/дм3 | Нефть и нефтепродукты, мг/кг |
| До очистки | 32900 ± 8225 | 38.0 ± 4.0 | 1.09 ± 0.09 | 54.0 ± 8.0 | 0.150 ± 0.060 |
| После очистки | 99 ± 25 | 0.86 ± 0.19 | 6.8 ± 0.3 | 53.0 ± 8.00 | 0.030 ± 0.012 |
1. Способ очистки донных отложений и воды в водотоках от нефти и нефтепродуктов, включающий размыв донных отложений водовоздушной струей под давлением, поднятие нефти и нефтепродуктов на поверхность воды, применение боновых заграждений в области размыва донных отложений, сбор нефтяной пленки на поверхности воды, применение сорбирующих бонов, отличающийся тем, что ниже области размыва донных отложений на поверхности водотока последовательно устанавливают диагонально, с полным перекрытием русла водотока, первый и второй ряды боновых заграждений, между которыми по дну водотока размещают диагонально, от берега до берега, средство для создания воздушно-пузырьковой завесы, ограничивая область очистки толщи воды; после второго ряда боновых заграждений, в области очистки поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов, устанавливают ряды сорбирующих бонов, каждый из которых поочередно закрепляют на противоположных берегах водотока, смещая относительно друг друга, с обязательным перекрытием предыдущего ряда, под острым углом к берегу водотока; перед размывом донных отложений создают воздушно-пузырьковую завесу, которой улавливают вторичные нефть и нефтепродукты, сбор нефтяной пленки и вторичной нефтяной пленки на поверхности воды осуществляют механическими орудиями для сбора нефти и нефтепродуктов.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что увеличивают протяженность зоны очистки толщи воды, чередуя размещение по дну водотока диагонально, от берега до берега, дополнительного средства для создания воздушно-пузырьковой завесы и установку на поверхности водотока диагонально, с полным перекрытием русла водотока, дополнительного ряда боновых заграждений.
3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что увеличивают протяженность области очистки поверхности воды от остаточных растворенных нефти и нефтепродуктов, устанавливая дополнительные ряды сорбирующих бонов, каждый из которых поочередно закрепляют на противоположных берегах водотока, смещая относительно друг друга, с обязательным перекрытием предыдущего ряда, под острым углом к берегу водотока.
