Судовое устройство для обезвреживания балластной воды

Полезная модель направлена на повышение эффективности обезвреживания воды, повышение надежности устройства и снижение эксплуатационных затрат. Указанный технический результат достигается тем, что устройство обезвреживания балластной воды имеет в сливном трубопроводе танков балластной воды циркуляционную магистраль, которая расположена параллельно установкам генерации озона и УФ обеззараживания и соединена с трубопроводом приема балластной воды перед установкой генерации озона, при этом концентрация растворенного озона К_озона (мг/л) и ультрафиолетовая бактерицидная доза S_v (мДж/см²) в процессе обезвреживания балластной воды должны удовлетворять следующим условиям: 1,2<К_озона<1,9; 110<S_v <150, а циркуляционная магистраль имеет насос с запорной арматурой для рециркуляции балластной воды, при этом ввод водно-озонной смеси в балластную воду осуществляется перед установкой УФ обеззараживания, а нейтрализация растворенного в балластной воде озона и образованных им активных веществ осуществляется непосредственно перед сливом ее в море по команде с анализатора токсичности, установленного на выходе балластной воды из танка перед насосом сброса ее в море. Параллельно блоку УФ обеззараживания установлена трубопроводная линия содержащая насос, входной и выходной краны, которые обеспечивают прокачку реагента при очистке кварцевых кожухов бактерицидных ламп от загрязнений, а на сливном трубопроводе танка балластной воды установлен блок нейтрализации с дозатором, который соединен с ним через обратный клапан, при этом на выходе из танка балластной воды установлен анализатор токсичности, который подает управляющий сигнал, обеспечивающий включение дозатора в случае превышения концентрации растворенного в воде озона и образованных им активных веществ свыше предельно-допустимых норм. 6 з.п.ф., 1 илл.

Настоящее устройство относится к области водоподготовки, в частности, к устройствам обеззараживания природных пресной и соленой воды, и может быть использовано, например, на судах и кораблях различного назначения в системах обезвреживания балластной воды.

Известна система обработки балластной воды, которая включает в себя танки для балластной воды, расположенные в пространстве между двумя корпусами танкера, генератор озона, работающий на принципе коронного разряда и имеющий инжекторы для подачи озона по питающим трубопроводам через регулирующие клапаны в пространство танков с балластной водой. Указанная система обеспечивает обработку балластной воды в пути движения танкера между портами. (Патент US 6125778, МКИ В63В 25/08).

Известное устройство имеет следующие недостатки:

- общий генератор озона и связанную с этим очень разветвленную и длинную магистраль трубопроводов питающих озоном танки с балластной водой;

- значительное уменьшение концентрации озона на входе в танк из-за его разложения по пути следования в питающих трубопроводах и связанное с этим снижение эффективности обеззараживания балластной воды;

- низкая устойчивость к коррозии внутренних стенок танков и трубопроводной арматуры, обусловленная высокой окислительной способностью растворенного в воде озона, а также образованных им активных веществ, и требующая применения специальных защитных мер.

Известны способ и устройство обеззараживания ультрафиолетовым (УФ) излучением судовых балластных вод, циркулирующих по замкнутому контуру в пути следования судна, который включает в себя источник УФ излучения, балластные танки, насос, соединительную трубопроводную арматуру и сопла через которые обработанная УФ излучением вода поступает в танк. (Патент US 7025889, MKH B63B 17/00, C02F 1/00; 32).

Это устройство не обеспечивает надежность обеззараживания судовых балластных вод из-за высокой вероятности ее загрязнения в сложной и протяженной трубопроводной системе подверженной высокому риску разгерметизации, особенно, в периоды морских волнений.

Известно устройство для обеззараживания воды ультрафиолетом и озоном, которое дополнительно снабжено последовательно соединенными источником ультразвука и фильтром, установленными на выходе из эжектора, обеспечивающего подачу озона из кольцевых полостей между бактерицидной лампой и кварцевого чехла в патрубок подачи исходной воды (Патент RU 55354, МКИ С02Р 1/32).

Известное устройство не способно производить озон в количествах достаточных для обеззараживания воды в больших объемах, что практически делает невозможным его применение в системах обеззараживания морской воды используемой в качестве балласта на морских судах.

Известна установка для очистки и обеззараживания воды с помощью озона и ультрафиолетового излучения, включающая обеззараживающий блок, корпус которого содержит генератор озона с устройством электропитания, эжектор и контактную камеру, которая снабжена концентратором кислорода, позволяющего получать его из воздуха, а генератор озона, содержащий наружный заземленный и внутренний электроды, снабжен контуром охлаждения, который включает, расположенные на входе и выходе корпуса обеззараживающего блока штуцера и трубопроводы для подвода и отвода охлаждающей воды, а также узел электрической развязки, выполненный в виде водяной спирали и служащий для повышения электрического сопротивления охлаждающей воды, при этом устройство электропитания генератора озона включает высоковольтный трансформатор, в свою очередь контактная камера обеззараживающего блока выполнена в виде герметичной емкости, в которой ультрафиолетовые лампы защищены от воды кварцевыми колбами, кроме того, в корпусе обеззараживающего блока установлено реле давления, а установка снабжена блоком управления и питания. (Патент RU 67567, МКИ C02F 1/32, C02F 1/78).

Основным недостатком этого устройства является его конструктивно-технологическая сложность, требующая специальной подготовки обслуживающего персонала и связанные с этим высокие эксплуатационные расходы.

По совокупности рассматриваемых признаков наиболее близки к заявляемому устройству система обработки балластной воды по патенту US 6125778, а также способ и устройство стерилизации судовых балластных вод по патенту US 7025889, которые были выбраны в качестве прототипов.

Задачей на решение которой направлено заявленное техническое решение является повышение эффективности обезвреживания балластной воды, надежности устройства и снижение эксплуатационных затрат.

Выполнение данной задачи достигается за счет того, что устройство обезвреживания балластной воды содержит последовательно соединенные установки генерации озона и обеззараживания воды ультрафиолетовым (УФ) излучением, балластно-циркуляционную систему (БЦС), которая подключена параллельно установкам генерации озона и УФ обеззараживания и обеспечена трубопроводом приема, слива и рециркуляции балластной воды перед установкой генерации озона, при этом концентрация растворенного озона К_озона (мг/л) и ультрафиолетовая бактерицидная доза S_v (мДж/см²) в процессе обезвреживания балластной воды должны удовлетворять следующим условиям:

1,2<К_озона<1,9;

110<S_v<150,

кроме того, балластно-рециркуляционная система (БЦС) имеет насосы для приема, слива и рециркуляции балластной воды, танки для ее размещения, фильтры механической очистки, возвратно-запорную арматуру, при этом подача водно-озонной смеси в балластную воду осуществляется перед установкой УФ обеззараживания, а нейтрализация излишнего растворенного в балластной воде озона и образованных им токсичных активных веществ осуществляется непосредственно перед сливом ее в море по команде, выдаваемой (поступающей) с анализатора токсичности, установленного на выходе балластной воды из танка перед насосом слива ее в море. Параллельно блоку УФ обеззараживания (БО) установлена трубопроводная система, кран заливки и кран слива моющего реагента, входной и выходной краны, которые обеспечивают прокачку реагента при очистке кварцевых кожухов бактерицидных ламп от загрязнений, а на сливном трубопроводе танка балластной воды предусмотрен блок нейтрализации (БН), включающий в себя анализатор токсичности, который подает управляющий сигнал на включение дозатора, обеспечивающего нейтрализацию через невозвратно-запорный клапан на сливном трубопроводе балласта в случае превышения концентрации растворенного в воде остаточного озона и образованных им активных и токсичных веществ свыше предельно-допустимых норм.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является:

повышение эффективности обезвреживания балластной воды за счет оптимальных концентраций растворенного озона и образованных им активных веществ, а также бактерицидной дозы УФ излучения в процессе обеззараживания;

- повышение надежности магистральных трубопроводов по сравнению с прототипом за счет оптимизации места ввода водноозонной смеси и уменьшения протяженности магистральных трубопроводов, контактирующих с растворенными в воде озоном и образованными им активными веществами;

снижение эксплуатационных затрат за счет простоты в обслуживании устройства.

Устройство поясняется примером реализации, представленным на прилагаемой функциональной гидравлической схеме.

Предлагаемое устройство содержит насосы H₁ для приема и H₄ для слива балластной воды, насос Н₃ для рециркуляции воды при обезвреживании, как минимум один танк ТБВ для ее размещения, фильтры грубой и тонкой очистки ФГО, ФТО, запорно- распределительную арматуру KЗ₁, KЗ₂, KЗ₃, KЗ ₄, КФ₁, КФ₂, КФ₃, КО ₃, КЦ₁ КЦ₂, KО₁, KO ₂, КР, KB, последовательно соединенные установки генерации озона УГО и УФ обеззараживания УФО. К сливному трубопроводу подключена циркуляционная магистраль в составе БЦС, которая расположена параллельно установкам УГО и УФО и соединена с трубопроводом приема балластной воды перед установкой УГО. Циркуляционная магистраль имеет насос Н₃ для рециркуляции балластной воды и отсекающие входной КЦ) и выходной затворы КЦ₂. На блоке УФ обеззараживания БО установлен трубопровод для его промывки, который содержит последовательно соединенные промывочный насос Н, входной Кр1 и выходной Кр2 краны. К сливному трубопроводу танка ТБВ после ответвления БЦС присоединен через обратный клапан ОК₂ блок нейтрализации БН с камерой реагента нейтрализации КРН и дозатором Д, который электрически связан с анализатором токсичности AT и далее соединен со сливным трубопроводом.

Устройство для обезвреживания балластной воды работает следующим образом. Исходное состояние установок УГО и УФО, анализаторов АО и AT, насосов Н₁, Н₃ и Н₄ перед приемом балластной воды в танки «выключено», а запорно-распределительной арматуры KЗ₁, KЗ₂ , KЗ₃, KЗ₄, КО₃, КЦ₁ КЦ₂, KО₁, KO₂, КР, KB «закрыто». По команде с общего пульта управления устройством открываются задвижки и клапана KЗ₁, KЗ₂, КО₃ , КФ₃ и кран КВ. Затем включается насос H₁ и происходит заполнение танка ТБВ балластной водой до начала истекания воды из крана КВ. После этого закрываются задвижки и клапана KЗ₁, КЗ₂, КО₃, КФ ₃ и кран KB, а насос Н₁ выключается. Устройство готово для проведения обезвреживания балластной воды не только на стоянке, но и при движении судна с балластом к пункту назначения. Для этого включаются установки УГО и УФО, а также анализаторы токсичности AT и озона АО. Затем открываются затворы КЦ₁ и КЦ₂ циркуляционной системы БЦС, клапаны KO ₁ и KО₂ в установке УГО и клапаны КФ₁ и КФ₂ в установке УФО. Включается насос Н₃ системы рециркуляции, после чего балластная вода из танка ТБВ начинает циркулировать по контуру установок УГО-УФО - танк ТБВ, смешиваясь в нем с не обеззараженной водой, поступая через систему рециркуляции БЦС на обезвреживание в установки УГО и УФО. Происходит это многократно до тех пор, пока инактивация микроорганизмов в танке ТБВ не достигнет требуемого нормативными документами уровня.

Эффект от предлагаемого устройства обеспечивается повышением эффективности обезвреживания воды благодаря найденным оптимальным концентрациям растворенного озона в балластной воде и дозы ее бактерицидного УФ облучения при их совместном воздействии. В результате обеспечивается полная (100%) инактивация чужеродных микроорганизмов в балластной воде без их дальнейшей реабилитации в отсутствии обеззараживающего воздействия УФ излучения и озона. Иллюстрацией этого являются результаты натурных испытаний обезвреживания морской воды от одноклеточной зеленой водоросли algae green Dunaliella saline, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1.
	Концентрация клеток, кл/мл×10-7	Подвижность клеток, %	ФФ, % жизнеспособных клеток	ФФ, % нежизнеспособных клеток
Первый эксперимент
Контрольный до обеззараживания	13±3	100	100	0
УФ(150 мДж/см2)+озон 1,9 мг/л	11±3	0	0	100
Второй эксперимент
Контрольный до обеззараживания	9±1	100	100	0
УФ(110 мДж/см2)+озон (1,2 мг/л)	4,0±1,5	0	0	100

Жизнеспособность клеток после совместного воздействия УФ излучения и растворенного в воде озона оценивалась по их подвижности и фотофлуоресценции (ФФ) на длине волны 680 нм. Нежизнеспособными клетками считались клетки без пика хлорофилла и с нарушенной морфологией (неправильная форма, фрагментированный хлоропласт).

Снижение дозы УФ бактерицидного излучения ниже 110 мДж/см² и концентрации озона ниже 1,2 мг/л сопровождалось наличием жизнеспособных клеток и прогрессирующей реабилитацией поврежденных. Повышение дозы УФ бактерицидного излучения выше 150 мДж/см² и концентрации озона в воде выше 1,9 мг/л нецелесообразно, т.к. это не изменяет 100% уровень летальности микроорганизмов в процессе обезвреживания воды и связано с увеличением энерго-материальных затрат.

Кроме того, предлагаемое устройство ввиду своей компактности позволяет использовать схему индивидуального обслуживания каждого танка (или группы танков) с балластной водой. Это делает всю систему балластировки судна независимой и надежной, а также позволяет за счет использования управляемой запорно-распределительной арматуры полностью автоматизировать процесс приема и смены балластной воды на судне. Наряду с этим рециркуляционный принцип обезвреживания балластной воды в заявляемом устройстве позволяет осуществлять этот процесс в пути следования судна с балластом на борту по маршруту, не затрачивая для этого время на стоянке в порту (или акватории порта).

Формула полезной модели

1. Устройство обезвреживания балластной воды, содержащее насосы для приема и слива воды, танки для ее размещения, фильтр тонкой очистки, запорно-распределительную арматуру, последовательно соединенные установки генерации озона и обеззараживания воды ультрафиолетовым (УФ) излучением, отличающееся тем, что танки балластной воды в сливном трубопроводе имеют систему рециркуляции воды, которая расположена параллельно установкам генерации озона и УФ обеззараживания, и соединена с трубопроводом приема балластной воды перед установкой генерации озона, при этом концентрация растворенного озона К_озона (мг/л) в воде и ультрафиолетовая бактерицидная доза S_v (мДж/см²) в процессе обезвреживания балластной воды должны удовлетворять следующим условиям:

1,2<К_озона<1,9,

110<S_v<150

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что циркуляционная система имеет насос с запорной арматурой для обеспечения рециркуляции балластной воды.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ввод водноозонной смеси в балластную воду осуществляется перед установкой УФ обеззараживания.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нейтрализация растворенного в балластной воде остаточного озона и образованных им активных веществ осуществляется непосредственно перед сливом ее в море по команде с анализатора токсичности, установленного на выходе балластной воды из танка перед насосом сброса ее в море.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параллельно блоку УФ обеззараживания установлена трубопроводная система содержащая насос и входной и выходной краны, которые обеспечивают прокачку реагента при очистке кварцевых кожухов бактерицидных ламп от загрязнений.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на выходе из танка балластной воды предусмотрен блок нейтрализации остаточного озона с дозатором, который соединен со сливным трубопроводом через обратный клапан.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на выходе из танка на сливном трубопроводе установлен анализатор токсичности, который подает управляющий сигнал, обеспечивающий включение блока нейтрализации с дозатором в случае превышения концентрации растворенного в воде остаточного озона и образованных им активных веществ свыше предельно-допустимых норм.

УГО - установка генерации озона

ГО - генератор озона;

АО - анализатор озона;

КСК - контактно-смесительная камера;

ЭЖ - эжектор;

М - манометр;

Н₂ - насос магистральный УГО;

OK₁ - обратный (невозвратный) клапан;

КО₁-КО₃ - клапана магистральные УГО;

КР - клапан регулирующий.

УФО - установка ультрафиолетового обеззараживания

БО - блок УФ обеззараживания;

КФ ₁-КФ₃ - клапана магистральные УФО;

Кр1-Кр2 - краны промывки БО;

Кр3-кран заливки моющего реагента БО;

Кр4 - кран слива воды БО.

БЦС - балластно-циркуляционная система

ТБВ - танк балластной воды;

H₁-H ₄ - насосы магистральные;

KЗ₁ -КЗ₄ - клапанные задвижки магистральные;

КЦ₁-КЦ₂ - клапаны невозвратно-запорные циркуляционной системы;

ФГО - фильтр грубой очистки;

ФТО - фильтр тонкой очистки;

KB - клапан вентиляции (выпуска воздуха).

БН - блок нейтрализации

AT - анализатор токсичности;

КРН - камера реагента нейтрализации;

Д - дозатор;

ОК₂ - обратный (невозвратно-запорный) клапан.

1. Устройство обезвреживания балластной воды, содержащее насосы для приема и слива воды, танки для ее размещения, фильтр тонкой очистки, запорно-распределительную арматуру, последовательно соединенные установки генерации озона и обеззараживания воды ультрафиолетовым (УФ) излучением, отличающееся тем, что имеет в сливном трубопроводе танков балластной воды систему рециркуляции воды, которая расположена параллельно установкам генерации озона и УФ обеззараживания и соединена с трубопроводом приема балластной воды на входе в установку генерации озона.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система рециркуляции имеет насос с запорной арматурой на ее входе и выходе.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопровод ввода водно-озоновой смеси в балластную воду подсоединен к магистральному трубопроводу ввода балластной воды в установку УФ обеззараживания.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параллельно блоку УФ обеззараживания установлена трубопроводная система для прокачки реагента, содержащая насос, входной и выходной краны.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на выходе из танка балластной воды на сливном трубопроводе установлены анализатор токсичности и блок нейтрализации остаточного озона с дозатором, соединенный с ним через обратный клапан.