Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ БИОСОРБЕНТА НА НЕФТЯНЫЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Изобретение относится к области экологической техники, а именно к мобильным техническим средствам, предназначенным для использования при очистке окружающей среды от нефтяных загрязнений в местах, малодоступных или недоступных для стационарных установок нанесения сорбента, а также для ликвидации разливов нефтепродуктов в виде тонких пленок на земле и водной поверхности и может быть использовано в качестве мобильной установки для распыления сорбента на жидкие и твердые поверхности.

Проблема очистки водоемов и почв от загрязнений нефтью и нефтепродуктами является важной задачей биотехнологической защиты окружающей среды. Процесс самовосстановления загрязненных почв является очень длительным и может продолжаться более 25 лет, а в районах севера, где расположены основные нефтяные скважины и нефтепроводы, и до 50 лет. Поэтому проблема скорейшего устранения возникающих разливов нефти или нефтепродуктов после технологических аварий становится одной из самых актуальных экологических задач.

В настоящее время для устранения нефтехимических загрязнений воды или почвы широко применяются различные сорбенты, способные быстро собирать на себя нефтепродукты. При этом задача экологического мониторинга состоит в быстром обнаружении возникающих разливов нефти и направление к этому месту специализированных бригад для дезактивации воды или почвы путем нанесения и последующего сбора загрязненного нефтепродуктами сорбента. Часто разливы нефти возникают из нефтепроводов и могут являться причиной загрязнения рек, озер или морей, которые вовлечены в хозяйственный водооборот целых областей, регионов и даже стран. Для быстрой защиты небольших участков жидких и твердых поверхностей широко целесообразно применять мобильные установки, которые легко доставляются к месту аварийного разлива и быстро обрабатывают загрязненные поверхности, не давая нефтепродуктам со сточными водами попадать в местные реки и отравлять их.

Основные требования, которые могут предъявляться к универсальным мобильным установкам для нанесения сорбента, следующие:

- возможность круглогодичного использования установки для нанесения сорбента на загрязненные нефтепродуктами поверхности, что позволяет устранять аварии сразу после их возникновения, не дожидаясь таяния снега и уноса загрязненных вод в водоемы;

- возможность использования различных сорбентов, в том числе из подручного материала, включающего торф, сапропель, мох, опилки и т.п., что позволяет бригадам оперативного реагирования вести автономные работы даже в очень отдаленных районах с плохой транспортной инфраструктурой;

- возможность нанесения сорбента как на земле, так и на водной поверхности, что позволяет локализовать любые участки загрязнений нефтепродуктами и не допустить их попадания в большие реки и закрытые водоемы;

- отсутствие необходимости последующего сбора сорбента с адсорбированными нефтепродуктами для их последующей утилизации, что позволяет существенно сократить расходы на проведение мероприятий по очистке территорий.

Известно устройство для нанесения сорбента в струе воды, содержащее бункер для сорбента, соединенный через дозирующее устройство с эжекторной камерой струйного насоса, давление в котором создается мотопомпой, всасывающей воду через входной патрубок и выбрасывающий струю воды через ствол с раструбом (см. патент на полезную модель RU 89515, кл. C02F 1/00, 2009 г.).

Основным недостатком известного устройства является то, что оно пригодно для работы только в период с весны по осень и только для нанесения специальных гранулированных сорбентов, типа «Сорбонафт», изготовленного по специальной технологии из торфа. Поэтому даже в северных районах, где буквально под ногами лежат огромные природные торфяники, ликвидаторам нефтяных разливов приходится возить за собой по болотам мешки с сорбентом и иметь в регионе склады с огромными запасами сорбента. Поскольку обычный торф не является калиброванным под размер дозирующего устройства, работать с ним невозможно.

Еще одним недостатком известного устройства является то, что нанесенный сорбент с нефтью необходимо собрать и доставить к месту переработки или утилизации, что требует дополнительного привлечения людских, материальных и финансовых ресурсов.

Кроме того, работа известного устройства возможна лишь при наличии водного источника. В зимнее время такой источник отсутствует. При работе на суше также необходимо иметь близкорасположенный технологический источник воды.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для магнитной конгломерации нефтяных загрязнений водной поверхности с помощью средств распыления над ней сорбента и последующего сбора нефтепродуктов (см. патент на изобретение RU2184707, кл. C02F 1/48, 2002 г.), содержащее бункер с запасом сорбента, шнек для его транспортировки к узлу омагничивания, состоящему из диамагнитной вставки в трубопроводе, соленоида и импульсного генератора тока, имеющего возможность при импульсном напряжении омагничивать магнитовосприимчивый материал сорбента, воздушный компрессор с распылителем и соплом. Устройство работает с сорбентом, который содержит магнитный порошок, намагничивающийся при его распыле. Для изготовления сорбента древесные опилки любых пород деревьев обрабатывают на грохотах для получения зернистости 0,2-0,3 мм, высушивают их при температуре 150-200°С до 10-12% относительной влажности, вводят на 1 м³ опилок 2 кг порошка магнитовосприимчивого материала с зернистостью 10-15 микрон, изготовленного путем дробления и растирания стальной стружки, хорошо перемешивают образовавшуюся смесь, прессуют ее на роликовом прессе и затем вновь перемешивают. Смесь готова к употреблению и обладает нефтеемкостью 2-3 тонны на тонну сорбента. За счет магнитных сил нефть сконцентрируется в крупные конгломераты, после чего более эффективно собирают ее сборниками, оборудованными магнитными уловителями.

Основным недостатком известного устройства также является то, что оно пригодно только для нанесения специальных гранулированных сорбентов с магнитным порошком, который, являясь очень дешевым сорбентом на месте его изготовления, может стать достаточно дорогим при доставке его в труднодоступный район разлива нефти. Использование имеющегося в большом количестве местного природного сорбента (торфа, мха, сапропеля или опилок) на данной установке невозможно.

Кроме того, необходима последующая утилизация или переработка нефти, собранной в крупные конгломераты, что также требует дополнительного привлечения людских, материальных и финансовых ресурсов.

Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является устранение указанных недостатков, а именно, создание универсальной всесезонной установки, пригодной для нанесения имеющегося дешевого сорбента на базе местного природного материала на разливы нефти, при этом обеспечивая нанесение сорбента как на земле, так и на воде, и, кроме того, позволяющей устранять нефтяные загрязнения непосредственно на месте их разлива без необходимости проведения последующего сбора и утилизации сорбента с нефтяными загрязнениями.

Указанная задача в системе для нанесения биосорбента на нефтяные загрязнения, содержащей шнековый питатель, выход которого соединен с эжекторной камерой распылителя, решена тем, что система дополнительно снабжена устройством для подготовки биосорбента, выход которого соединен со входом шнекового питателя.

Наличие в составе системы устройства для подготовки биосорбента позволяет приготавливать биосорбент непосредственно на месте его применения, соединяя имеющийся поблизости от места загрязнения природный сорбент - торф, мох, сапропель или изготовленный на месте применения сорбент в виде древесных опилок из сучьев рядом находящихся деревьев или кустарников с водным раствором, содержащим микроорганизмы-нефтедеструкторы.

В зимнее время, когда недоступен торф, мох и сапропель, древесные опилки могут быть единственно доступным материалом для приготовления сорбента, поэтому в составе установки может быть использован автономный измельчитель веток и сучьев деревьев.

Для расширения температурного диапазона работы биосорбента, в качестве микроорганизмов-нефтедеструкторов использованы бактерии штаммов Acinetobacter, Enterobacter, Bacillus, Saccharomyces или их комбинации между собой. Указанные штаммы бактерий начинают свою жизнедеятельность уже с температуры +1°С и достигают своего оптимума при температурах свыше +7°С. Следовательно, применять установку можно круглый год, а практически уже после схода снега и при наступлении плюсовых температур, бактерии биосорбента начинают активно взаимодействовать с адсорбированными нефтяными загрязнениями. Микроорганизмы-нефтедеструкторы позволяют в дальнейшем переработать адсорбированные нефтепродукты до физиологически неактивных метаболитов и поэтому сорбент не нуждается в последующем сборе, переработке или утилизации. Для ускорения реактивации и роста бактерий в рабочий раствор, заливаемый в устройство для подготовки биосорбента, может быть добавлена глюкоза.

Для обеспечения мобильности установки, она установлена на подвижной платформе и снабжена автономным электрогенератором для обеспечения электропитания приводов устройств системы. Подвижная платформа может быть дополнительно оборудована двумя или тремя съемными надувными поплавками, которые в походном положении (свернутом виде) занимают очень мало места. На берегу водоема они быстро накачиваются при помощи воздушного нагнетателя до давления 0,3-0,5 атм. Два поплавка длиной 6 м и общим объемом 2,0 м³ способны обеспечить устойчивое поведение на воде платформы грузоподъемностью до 1500 кг. Также подвижная платформа может быть дополнительно оборудована съемными лыжами, что позволяет ее использовать в зимнее время года.

Для расширения функциональных возможностей применения установки как на земле, так и на воде, в качестве носителя в эжекторном распылителе может использоваться воздух или вода. Увеличивая количество воды в составе смеси, можно увеличивать дальность доставки пробы до зоны загрязнения и уменьшать рассеивание струи от воздействия ветра. Если нет поблизости источника воды, то в безветренную погоду можно работать до дальности 8-10 м, используя в качестве носителя воздух. Если в качестве носителя используется вода, то дальность может достигать 25-30 м. Работа установки в зимнее время предполагает использование в качестве носителя только воздуха.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет создать мобильную универсальную установку для круглогодичной доставки в зону разлива нефтепродуктов биосорбентов из местного природного материала (торфа, сапропеля или опилок), обработанного непосредственно перед нанесением на загрязненную поверхность раствором микроорганизмов-нефтедеструкторов, позволяющих переработать адсорбированные нефтепродукты до физиологически неактивных метаболитов, не оказывающих на биосферу отрицательного воздействия, что не имеет аналогов среди известных установок для нанесения сорбентов, применяемых для очистки земли и воды от нефтепродуктов, а, значит, удовлетворяет критерию «изобретательский уровень».

На чертеже представлена блок-схема заявляемой установки, где: 1 - входная загрузочная камера с обратным клапаном для подачи сорбента; 2 - шнековый питатель с приводом 3, шнеком 4 и выходным соплом 5; 6 - эжекторный насос с воздушным нагнетателем 7, эжекторной камерой 8, шлангом 9 и раструбом 10; 11 - подвижная платформа с колесами 12; 13 - поворотный механизм инжекторного насоса для его установки в рабочее положение; устройство для подготовки биосорбента включает бак 14 для реактивации биосорбента с откидной крышкой 15, нагнетателем 16 и гибким шлангом 17 с быстросъемной накидной гайкой 18.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Перед началом работы в бак 14 устройства для подготовки биосорбента наливают рабочий раствор с микроорганизмами-нефтедеструкторами и насыпают в него имеющийся природный сорбент, например, верховой торф, и включают нагнетатель 16, который начинает по шлангу 17 по замкнутому кругу гонять рабочий раствор. Время циркуляции раствора с сорбентом и микроорганизмами-нефтедеструкторами определяется температурой раствора и активностью бактерий. В холодное время раствор в баке 14 дополнительно подогревают от автономного электронагревателя (не показан), который как и электроприводы всех устройств установки может быть запитан от автономного бензинового или дизельного электрогенератора. Обычное время, необходимое для реактивации бактерий при температуре окружающего воздуха 15-20°С, составляет около 1 часа. Для повышения производительности установки, в ее составе может быть использовано два и более устройств для подготовки биосорбента. После того как биосорбент готов для нанесения, шланг 17 с быстросъемной накидной гайкой 18 отсоединяется от крышки 15 и присоединяется к входной загрузочной камере 1 шнекового питателя 2 (показано пунктиром) и весь раствор с биосорбентом в виде пульпы подается к ротору шнекового питателя 4 и через сопло 5 выдувается эжекторным насосом 6 через шланг 9 и раструб 10 на загрязненную нефтепродуктами землю или воду.

Если локализация нефтяных загрязнений происходит на местности, где нет торфяников, или в зимнее время года, то можно использовать сорбент из опилок, полученных с помощью автономного измельчителя веток и сучьев, работающего от двигателя внутреннего сгорания. Например, чешская установка марки LASKI KDO 90/13S способна обеспечить 2-4 м³ опилок в час.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет создать мобильную универсальную установку для устранения разлива нефтепродуктов путем нанесения на них различных сорбентов из местного природного материала, обработанного непосредственно перед нанесением на загрязненную поверхность раствором микроорганизмов-нефтедеструкторов, позволяющих переработать адсорбированные нефтепродукты до физиологически неактивных метаболитов.