способ удаления пленок из органических веществ с поверхности воды

Формула изобретения

СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ПЛЕНОК ИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ, включающий ее высокотемпературную обработку, отличающийся тем, что над обрабатываемой поверхностью создают изолированный от атмосферы объем, а высокотемпературную обработку осуществляют путем возгонки, крекинга и/или сжигания пленок непосредственно на поверхности воды этого объема струей плазмы с улавливанием продуктов возгонки и/или крекинга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к экологии, точнее к технологии очистки водных бассейнов от вредных веществ.

Известны многочисленные способы удаления пленок нефти, нефтепродуктов, масел и органических веществ с поверхности воды с помощью механических методов. Большинство из них предусматривает применение скребков для захвата пленки с целью ее последующего отделения от воды с использованием гравитационных или центробежных сил (Заявка N 3024671 МКИ В 01 D 21/00 ФРГ, Моригути М. Уэда С. Новый коагуляционный сепаратор центробежного типа (центробежный коагулятор "Мицубиси") /Санг кикай, 1987, N 1, с. 34-47).

Недостатком известных способов является их низкая производительность, а также сложность их применения в условиях крупных водоемов (океана, озера и т. п.) из-за волнения на поверхности воды. В связи с этим такие способы применяются в основном для очистки производственных сточных вод.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ удаления органических веществ, находящихся в воде в виде пленок, эмульсии или в растворенном состоянии, включающий в себя высокотемпературную обработку и именуемый термоокислительным методом парофазного окисления (именуется в литературе также "огневым методом"). Сущность его заключается в том, что загрязненная органическими вещества вода в распыленном состоянии вводится в высокотемпературные (900-1000^оС) продукты горения топлива, где она испаряется. Органические примеси сточной воды сгорают, образуя продукты полного сгорания (С.В.Яковлев, Я.А.Карелин, Ю.М.Ласков, Ю.В. Воронов. Очистка производственных сточных вод, М. Стройиздат, 1985, с.157).

Недостатком известного технического решения является то, что при его реализации необходимы распыление и высокотемпературная обработка всей массы очищаемой воды, что требует больших затрат энергии, поскольку вода обладает высокой теплоемкостью и теплотой испарения. Другим недостатком известного технического решения является использование для высокотемпературной обработки продуктов горения топлива, всегда содержащих токсичные вещества, например, монооксид углерода, оксиды серы и азота, которые загрязняют атмосферу и очищаемую воду.

Задачей изобретения является создание способа удаления пленок нефти, нефтепродуктов, масел и органических веществ, позволяющего быстро и эффективно очищать поверхность воды, а также эффективно использовать продукты возгонки, и/или крекинга. Другой задачей являлось снижение расхода энергии при высокотемпературной обработке и исключение повторного загрязнения воды в ходе ее очистки.

Решение поставленных задач достигается тем, что в способе удаления органических пленок с поверхности воды, включающем ее высокотемпературную обработку, эту обработку осуществляют путем сжигания, возгонки и/или крекинга пленок непосредственно на поверхности воды струей плазмы с последующим улавливанием продуктов возгонки и/или крекинга. Такой способ очистки позволяет эффективно и быстро (менее, чем за 2 мин) очистить поверхность воды. Для его осуществления требуется энергия только для возгонки, сжигания и/или крекинга самой пленки и для частичного испарения тонкого (2-3 мм) поверхностного слоя воды. Данный способ предусматривает использование плазмы, что резко снижает уровень выбросов монооксида и оксидов серы в районе очистки поверхности воды.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ удаления пленок нефти, нефтепродуктов, масел и органических веществ с поверхности воды отличается от известных тем, что он предусматривает высокотемпературную обработку не всей массы воды, а только ее поверхности с использованием плазматрона, а не продуктов горения топлива. Эти отличия позволили сделать вывод о соответствии заявляемого технологического решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники, и, следовательно, обеспечивают заявляемым техническим решениям соответствие критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ удаления пленок нефти, нефтепродуктов, масел и органических веществ с поверхности воды учитывает то обстоятельство, что эти пленки не горят под действием обычного пламени на поверхности воды. Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

П р и м е р 1. В океане (море, озере, водохранилище, на реке и т.п.) произошла авария танкера. В результате, на поверхности воды образовалась пленка из нефти, мазута. Очистку поверхности воды ведут с помощью специализированного судна, на борту которого имеется дизельная электростанция и плазматрон. Плазмoобразующим газом служит воздух или другой кислородсодержащий газ. Струя плазмы направляется в смонтированный перед носом движущегося корабля колпак, под которым в непрерывном режиме ведут возгонку, сжигание нефтяной пленки. Продукты возгонки могут отсасываться из- под колпака специальным вентилятором, что позволит собрать в емкостях корабля значительные количества высококачественных нефтепродуктов. Распространение пламени за пределы колпака исключено, т.к. горение, возгонка возможны только в зоне прямого воздействия плазмы на нефтяную пленку. Таким образом, корабль движется по загрязненной поверхности водного бассейна, оставляя за собой полосу чистой воды.

Экспериментальное изучение процессе удаления пленок нефти с поверхности воды проводилось в лабораторных условиях на СВЧ-плазматроне "Фиалка" (входная мощность 5 кВт, мощность на выходе 2,5 кВт). В качестве плазмообразующего газа использовался воздух (расход его в расчете на единицу обрабатываемой поверхности воды составлял 0,24 м³/м²с). Толщину нефтяной пленки меняли в пределах от 0,5 до 4 мм. На загрязненную поверхность воды направляли струю воздушной плазмы. При контакте плазмы с нефтяной пленкой наблюдалось ее мгновенное воспламенение и горение. Экспериментальные данные сведены нами в таблицу. Видно, что время выгорания самой толстой из исследованных пленок (4 мм) не пpевышает 2 мин. При переходе от тонких (0,5 мм) пленок к более толстым скорость выгорания возрастает, и каждый следующий миллиметр пленки удаляется быстрее нижележащего. Это связано с тем, что максимальный теплоотвод к массе воды соответствует именно случаю выжигания самых тонких пленок на границе "пленка-вода". Из-за этого продолжительность выгорания нефтяной пленки растет медленнее, чем количество нефти на единице площади воды. Расход электроэнергии по этой же причине растет медленнее, чем растет толщина нефтяной пленки. Таким образом, чем толще пленка нефти на воде, тем экономичнее предлагаемый способ очистки воды. Что касается эффективности очистки, то она всегда одинакова после очистки на поверхности воды не остается даже следов нефти.

В тонком поверхностном слое воды (2-3 мм) вода нагревается и кипит, однако вся остальная масса воды остается холодной. Таким образом, использование предлагаемого способа не может принести вреда рыбам и другим живым существам в массе воды.

П р и м е р 2. На озере произошла авария нефтеналивного судна. Очистку поверхности воды ведут с помощью специализированного корабля, оборудованного двумя плазматронами, из которых первый использует в качестве плазмообразующего газа азот (или любой другой не содержащий окислительный газ), а второй работает на воздухе или любом другом окислительном газе. По ходу корабля под первым плазматроном происходит возгонка и пиролиз нефти с отсосом газообразных продуктов крекинга специальными вентиляторами, их конденсацией и накоплением в судовых емкостях. Под вторым плазматроном происходит полное выжигание твердых остатков крекинга нефти с поверхности воды.

П р и м е р 3. На реке произошла авария судна, перевозившего машинное масло. Очистку поверхности воды от масляной пленки ведут с помощью специализированного корабля, оборудованного плазматроном, в котором плазмообразующим газом является азот или любой другой инертный не содержащий окислителей, газ и вторым плазматроном, работающим на воздухе или другом газе, содержащем окислители. Под первым по ходу корабля плазматроном происходит возгонка и частичный крекинг масла. Продукты этого процесса отсасываются вентилятором, конденсируются и направляются в корабельные цистерны. Под вторым плазматроном происходит полное сжигание крекинговых остатков с очисткой поверхности воды.

П р и м е р 4. В гавани на территории порта образовалась на поверхности воды пленка мазута м машинного масла. Причина загрязнение воды сливами из машинных отделений кораблей, сливами моечных устройств, сливами береговых предприятий и установок. Для очистки поверхности воды используется специальный корабль, снабженный плазматронами, работающими на азоте и воздухе. Первый из них осуществляет возгонку масла и мазута и их крекинг с отсосом газообразных продуктов, их конденсацией и хранением в цистернах корабля. Второй плазматрон работающий на воздухе, полностью выжигает остатки масла, мазута и продуктов крекинга с поверхности воды.

Использование предлагаемого способа удаления пленок нефти, нефтепродуктов, масел и органических веществ с поверхности воды с помощью плазматронов позволяет эффективно и быстро (менее, чем за 2 мин) производить очистку поверхности водных бассейнов с одновременным частичным улавливанием и дальнейшим использованием продуктов возгонки и/или крекинга. При этом не требуются затраты энергии на испарение всей массы воды, а также нет необходимости использования газообразного, твердого или жидкого топлива. Расход электроэнергии на очистку поверхности воды составляет 75-304 тыс. кВт-ч/км². При этом применение устройств для отсоса газов и паров из зоны возгонки, крекинга или сжигания пленок позволяет свести к минимуму выбросы газообразных продуктов этих реакций в атмосферу.