Судовая установка для очистки балластных вод от биологических загрязнений электрохимическим способом
Полезная модель относится к области электротехнологии и может быть использована для очистки и обеззараживания воды, а более конкретно к устройствам, предназначенным для очистки балластных вод от биологических загрязнений на судах различного назначения, в т.ч. судах рыбопромыслового флота.
Судовая установка для очистки балластных вод от биологических загрязнений электрохимическим способом содержит блок электрохимического хлорирования воды, связанный гидравлически с балластной цистерной, систему управления, насосы, фильтр, запорную арматуру и трубопроводы.
Новым является то, что установка дополнительно снабжена, по меньшей мере одним, электролизером с цинковой засыпкой анода для получения биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка, который подключен параллельно с блоком электрохимического хлорирования воды к балластной цистерне.
Полезная модель позволяет повысить эффективность работы судовой установки для очистки балластных вод от биологических загрязнений электрохимическим способом за счет применения электрохимической технологии без использования химических реагентов, а также выполнить требования по обеспечению экологической безопасности окружающей среды.
Полезная модель относится к области электротехнологии и может быть использована для очистки и обеззараживания воды, а более конкретно к устройствам, предназначенным для очистки балластных вод от биологических загрязнений на судах различного назначения, в т.ч. судах рыбопромыслового флота.
Известна установка, которая по своему назначению является аналогом заявляемой, например, установка (см. описание к патенту РФ 
67567 на полезную модель «Установка для очистки и обеззараживания воды с помощью озона и ультрафиолетового излучения», МКИ C02F 1/32, C02F 1/78, опубл. 27.10.2007 г.). Указанный аналог содержит обеззараживающий блок, корпус которого содержит генератор озона с устройством электропитания, эжектор и контактную камеру, при этом установка 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.
Недостатком этой установки является ее конструктивно-технологическая сложность, требующая специальной подготовки обслуживающего персонала и связанные с этим высокие эксплуатационные расходы.
Также известно устройство, которое по своему назначению является аналогом заявляемой полезной модели, например, устройство (см. описание к патенту РФ 55354 на полезную модель «Устройство для обеззараживания воды ультрафиолетом и озоном», МКИ C02F 1/32, опубл. 10.08.2006 г.). Указанное устройство содержит корпус, в котором коаксиально размещена бактерицидная лампа в защитном кварцевом чехле с образованием кольцевых полостей, при этом корпус снабжен патрубком подвода исходной воды, на входе в который установлен эжектор, и патрубком отвода обработанной воды, причем полость кварцевого чехла соединена патрубком с источником подачи воздуха и трубопроводом рециркуляции озоно-воздушной смеси, снабженным регулятором ее расхода, причем трубопровод рециркуляции соединен с пассивной полостью эжектора, и кроме того, устройство снабжено последовательно соединенными источником ультразвука и фильтром, установленными на выходе из эжектора.
Недостатком указанного аналога является то, что данное 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.
Известно также устройство, например, устройство (см. описание к патенту РФ 48513 на полезную модель «Блок фильтров для очистки морской воды от взвешенных веществ и нефти на нефтебуровой платформе», МКИ B63B 35/44, B01D 35/44, опубл. 27.10.2005 г.). Указанное устройство содержит ряд гидравлически соединенных между собой цилиндрических корпусов со съемными крышками и патрубками подвода и отвода воды, в которых размещены соединенные одним концом с трубной перегородкой фильтрующие элементы в виде спирально навитой на перфорированную трубу проволоки некруглого сечения, коллектора подвода и отвода воды, запорную арматуру, перепадомер, системы осушения и вентиляции, при этом труба фильтрующих элементов, размещенных под трубной перегородкой, выполнена гофрированной в поперечном направлении с продольными по ее длине гребнями и впадинами и сквозными отверстиями, расположенными во впадинах, при этом проволока частично сплющена по диаметру и навита на трубу плотно, виток к витку так, что витки касаются друг друга по плоскости сплющивания, причем, на одной из двух плоскостей, образованных при сплющивании, периодически выполнены поперечные пазы (ступени).
Недостатками указанного аналога являются: низкая эффективность устройства в целом, а также невозможность обеспечения экологической безопасности окружающей среды и санитарной безопасности обслуживающего персонала при обработке балластных вод.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому по своему назначению и общей компоновке, принятым за ближайший аналог (прототип) полезной модели, является устройство (см. описание к патенту РФ 117886 на полезную модель «Система обезвреживания судовых балластных вод», МКИ B63B 25/08, C02F 9/00, B01D 27/00, опубл. 10.07.2012 г.), предназначенное для обезвреживания судовых балластных вод. Указанный ближайший аналог (прототип) содержит блок патронных фильтров с фильтрующими элементами, выполненными в виде спирально навитой на перфорированную трубу проволоки некруглого сечения и соединенными одним концом с трубной перегородкой; блок электрохимического хлорирования воды; запорную арматуру; насосы; трубопроводы и устройство регенерации фильтрующих элементов, при этом система дополнительно укомплектована генератором ионов меди, блоком ультрафиолетового облучения и блоком озонирования, а также системой мониторинга и управления, выполненной с возможностью многовариантного, например, по закону случайных чисел подключения блока электрохимического хлорирования, блока ультрафиолетового облучения, блока озонирования и с возможностью многовариантного дозирования биоцида в пределах допустимых концентраций.
Недостатком ближайшего аналога (прототипа) является то, что он является дорогостоящим, сложным и ненадежным в эксплуатации из-за аппаратурного разнообразия, причем, методы ультрафиолетового облучения и озонирования крайне не эффективны при очистке балластных вод от биологических загрязнений.
Предлагаемая полезная модель направлена на устранение недостатков ближайшего аналога (прототипа), включая повышение эффективности работы установки за счет использования электохимической технологии без использования химических реагентов, и расширение эксплуатационных возможностей установки за счет модульного конструктивного исполнения, позволяющего изменять производительность устройства в широких пределах, а также обеспечение экологической безопасности окружающей среды и санитарной безопасности личного состава, полностью отвечающее всем современным техническим требованиям международных соглашений по охране окружающей среды.
Это достигается тем, что в конструкции предлагаемой судовой установки для очистки балластных вод от биологических загрязнений электрохимическим способом, включающей блок электрохимического хлорирования воды, связанный гидравлически с балластной цистерной, систему управления, насосы, фильтр, запорную арматуру и трубопроводы, в отличие от ближайшего аналога (прототипа), установка дополнительно снабжена, по меньшей мере одним, электролизером с цинковой засыпкой анода для получения биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка, который подключен параллельно с блоком электрохимического хлорирования воды к балластной цистерне.
Таким образом, более полная и глубокая очистка воды происходит за счет одновременного совместного обеззараживающего и биостатического действия растворов гипохлорита и биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка непосредственно в балластной цистерне, а также за счет их (растворов гипохлорита и биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка) синергического эффекта, позволяющего достигать более высоких степеней обеззараживания при меньших концентрациях активных веществ, что позволяет значительно повысить эффективность работы установки за счет использования электохимической технологии без использования химических реагентов с одновременным обеспечением экологической безопасности окружающей среды и санитарной безопасности личного состава.
Кроме того, отсутствие необходимости хранения запасов химических реагентов, в т.ч. емкостей для их хранения, дает возможность модульного конструктивного исполнения установки.
Одним из наиболее оптимальных с точки зрения эффективной работы судовой установки для очистки балластных вод от биологических загрязнений электрохимическим способом в процессе ее эксплуатации является вариант, при котором установка снабжена датчиком контроля активного хлора, гидравлически соединенным с балластной цистерной, а сама установка в составе всех ее основных конструктивных узлов выполнена в виде отдельного съемного модуля, что позволяет в случае необходимости наращивать производительность последней (установки) путем использования и подключения между собой необходимого количества отдельных съемных модулей.
Возможна также конструкция, в которой установка снабжена газоуловителем, пневматически подключенным к блоку электрохимического хлорирования воды, электролизеру для получения биоцида и балластной цистерне.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, на фиг.1 которого схематично изображена структурная схема судовой установки для очистки балластных вод от биологических загрязнений электрохимическим способом.
Примером конкретного выполнения заявляемой полезной модели является один из вариантов конструкции судовой установки для очистки балластных вод от биологических загрязнений электрохимическим способом, разработанной ОАО «Гипрорыбфлот».
Судовая установка для очистки балластных вод от биологических загрязнений электрохимическим способом включает в себя блок 1 электрохимического хлорирования воды, для получения, например, гипохлорита, электролизер 2 для получения биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка, которые (1 и 2) параллельно при помощи трубопроводов, 3 и 4 соответственно, соединены с балластной цистерной 5. На трубопроводах 3 и 4 для перекачки растворов гипохлорита и биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка в цистерну 5 установлены насосы-дозаторы 6 и 7, соответственно. Для приема, откачки и циркуляции балластной воды цистерна 5, блок 1 и электролизер 2 при помощи трубопроводов 8 и 9 подключены к балластному насосу (на чертеже не показано). На трубопроводе 8 установлены запорные клапана 10 и 11, фильтр грубой очисти 12, предназначенный для очистки балластной воды от грубых примесей, и на трубопроводе 9 также установлен запорный клапан (на чертеже не показано). Установка снабжена датчиком 13 контроля активного хлора, гидравлически соединенным с балластной цистерной 5. Установка также снабжена газоуловителем 14, предназначенным для нейтрализации газообразного хлора в случае его образования, который (14) пневматически подключен при помощи воздухопроводов (на чертеже не показано) к блоку 1, электролизеру 2 и балластной цистерне 5. В состав установки входит система управления (на чертеже не показано) работой установки.
Все входящие в состав предлагаемой установки отдельные устройства и виды оборудования подключены и взаимосвязаны между собой электрически согласно электрической схемы (на чертеже не показано).
Судовая установка для очистки балластных вод от биологических загрязнений электрохимическим способом работает следующим образом.
Прием балластной воды в цистерну 5 осуществляют путем включения балластного насоса (на чертеже не показано) по трубопроводу 8 через открытый клапан 10 и фильтр 12, при этом клапан 11 закрыт, закрыт также клапан (на чертеже не показано) на трубопроводе 9. После заполнения цистерны 5 балластной водой закрывают клапан 10, открывают клапан (на чертеже не показано) на трубопроводе 9 и клапан 11 на трубопроводе 8 и при помощи балластного насоса (на чертеже не показано) подают балластную воду в блок 1, для насыщения ее гипохлоритом, и электролизер 2, для насыщения ее (балластной воды) биоцидом в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка.
Полученный в результате электролиза морской воды в блоке 1 электрохимического хлорирования раствор гипохлорита представляет собой смесь радикалов и продуктов растворения газообразного хлора в воде и таким образом обладает сильным обеззараживающим действием.
Полученный в результате электролиза морской воды в электролизере 2 с цинковой засыпкой анода (на чертеже не показано) раствор биоцида представляет собой высокодисперсный коллоидный раствор наночастиц гидроксида цинка, образующийся при растворении цинковой засыпки анода в активном электролите, обладает сильнейшим биостатическим действием в отношении любых биологических загрязнений, в т.ч. всех возможных микроорганизмов, содержащихся в воде любого происхождения. Причем, полученный таким образом биоцид представляет собой коллоидный раствор гидроксида цинка с размером частиц от 10-9 до 10-7 м.
При этом, более полная и глубокая очистка воды происходит за счет одновременного совместного обеззараживающего и биостатического действия гипохлорита и биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка в цистерне 5, а также за счет их синергического эффекта, позволяющего достигать более высоких степеней обеззараживания при меньших концентрациях активных веществ.
Затем (после насыщения балластной воды биоцидом в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка) из блока 1 по трубопроводу 3 при помощи насоса-дозатора 6 балластную воду перемещают в цистерну 5. Аналогично из электролизера 2 по трубопроводу 4 при помощи насоса-дозатора 7 балластную воду перемещают в цистерну 5. После заполнения цистерны 5 балластной водой закрывают клапан (на чертеже не показано) на трубопроводе 9 и клапан 11 на трубопроводе 8. Затем проверяют показания датчиком 13 контроля активного хлора. Если концентрация активного хлора в цистерне 5 ниже необходимой, то снова открывают клапан (на чертеже не показано) на трубопроводе 9 и клапан 11 на трубопроводе 8 и при помощи балластного насоса (на чертеже не показано) подают балластную воду из цистерны 5 в блок 1 для насыщения ее гипохлоритом. Затем из блока 1 по трубопроводу 3 при помощи насоса-дозатора 6 балластную воду снова перемещают в цистерну 5. Указанную операцию по насыщению балластной воды гипохлоритом осуществляют до достижения необходимой концентрации активного хлора в цистерне 5, после этого обработанная балластная вода хранится в цистерне 5. Для удаления балластной воды из цистерны 5 открывают клапан (на чертеже не показано) на трубопроводе 9 и при помощи балластного насоса (на чертеже не показано) удаляют балластную воду из цистерны 5. В случае образования и выделения газообразных продуктов, содержащих флор, при очистке балластной воды, их (продукты) нейтрализуют в газоуловителе 14.
Предложенная полезная модель позволяет повысить эффективность работы судовой установки для очистки балластных вод от биологических загрязнений электрохимическим способом за счет применения электрохимической технологии без использования химических реагентов, а также выполнить требования по обеспечению экологической безопасности окружающей среды.
1. Судовая установка для очистки балластных вод от биологических загрязнений электрохимическим способом, включающая блок электрохимического хлорирования воды, связанный гидравлически с балластной цистерной, систему управления, насосы, фильтр, запорную арматуру и трубопроводы, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена, по меньшей мере, одним электролизером с цинковой засыпкой анода для получения биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка, который подключен параллельно с блоком электрохимического хлорирования воды к балластной цистерне.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что установка снабжена датчиком контроля активного хлора, гидравлически соединенным с балластной цистерной.
3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что установка снабжена газоуловителем, пневматически подключенным к блоку электрохимического хлорирования воды, электролизеру для получения биоцида и балластной цистерне.
