RU2201899C2

RU2201899C2 - Method of accelerating biodegradation of oil-containing water and apparatus for implementation of the method

Info

Publication number: RU2201899C2
Application number: RU2001113573A
Authority: RU
Inventors: О.К. Калантаров; К.Д. Калантаров
Original assignee: НПО "Эколандшафт"
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2003-04-10

Abstract

FIELD: water treatment. SUBSTANCE: oil- containing water is ultrasonically treated during 3 to 100 sec in flow- cavitation vessel at ultrasound frequency 520-600 kHz and intensity 4-12 W/sq.cm, after which resulting oil-containing emulsion is returned into aqueous medium where oil is subjected to biodegradation with microorganisms and plants. Apparatus comprises flow-cavitation vessel in the form of tube with connectors. Tube hollow encloses emission elements uniformly disposed all over tube space. Electrical connector of tube is linked to power cable with autonomous power source. EFFECT: enabled continuous oil degradation, including degradation under adverse weather conditions. 12 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к технологическому использованию ультразвуковой энергии и может быть применено в различных отраслях промышленности для ускорения биодеградации нефтесодержащей воды и снижения концентрации нефтепродуктов на водной поверхности до экологически допустимого уровня в процессе ультразвуковой обработки нефтесодержащей воды. The invention relates to the technological use of ultrasonic energy and can be applied in various industries to accelerate the biodegradation of oil-containing water and reduce the concentration of oil products on the water surface to an environmentally acceptable level in the process of ultrasonic treatment of oil-containing water.

Существует актуальная технологическая и аппаратурная проблема в области очистки больших поверхностей водоемов от нефтяных загрязнений. Известные механические, химические и биологические средства и устройства, которые обычно дополняют друг друга в зависимости от конкретных условий и обстоятельств, имеют ограниченные технологические возможности и низкую производительность очистки нефтесодержащей воды и не обеспечивают оперативную по времени и эффективную по достигаемому результату обработку водной поверхности, содержащей пленку из разлившейся нефти. There is an urgent technological and equipment problem in the field of cleaning large surfaces of water bodies from oil pollution. Known mechanical, chemical and biological agents and devices, which usually complement each other depending on specific conditions and circumstances, have limited technological capabilities and low oil-water purification performance, and do not provide time-efficient and effective treatment of an aqueous surface containing a film from spilled oil.

Известны способы ускорения биодеградации нефтепродуктов, разлитых на водной поверхности с помощью синтетических или естественных поверхностно-активных веществ (ПАВ). Благодаря особенностям химической структуры н способности понижать поверхностное натяжение на границе раздела нефти с водой, ПАВ стабилизируют нефтяные капли в воде и таким образом эмульгируют и диспергируют (рассеивают) нефть. При этом устраняется возможность образования нефтяных пленок на водной поверхности и резко ускоряются процессы химического и микробиологического распада нефти (см. ж-л "Нефть России", 9, 1998 г., стр. 63-65). Known methods of accelerating the biodegradation of petroleum products spilled on the water surface using synthetic or natural surface-active substances (surfactants). Due to the peculiarities of the chemical structure and the ability to reduce surface tension at the oil-water interface, surfactants stabilize oil droplets in water and thus emulsify and disperse (disperse) oil. This eliminates the possibility of the formation of oil films on the water surface and dramatically accelerates the processes of chemical and microbiological decomposition of oil (see the journal "Russian Oil", 9, 1998, pp. 63-65).

К числу главных причин и недостатков, снижающих эффективность применения поверхностно-активных веществ (ПЛИ) для ускорения биодеградации нефтесодержащей воды, относятся:
- невозможность быстрого (в течение нескольких часов или суток) применения ПАВ из-за погодных условий, отдаленности места разлива;
- трудность распыления диспергентов над поверхностью нефтяных разливов в оптимальных количествах и соотношениях;
- зависимость эффективности применения диспергентов от состава разлитой нефти и параметров среды (гемнературы, турбулентности и т.д.)
Способ ускорения биодеградации нефтепродуктов путем применения ПАВ осуществляют с использованием различных летательных и плавающих транспортных средств, обеспечивающих распыление ПАВ на водной поверхности. Применение ПAВ требует определенных последующих действий по их удалению с водной поверхности. Для этих целей используют нефтесборные устройства, боновые заграждения, сепарационые устройства и скиммеры различной конструкции (дисковые, барабанные, вихревые, центробежные и т.д. См. ж-л "Нефть России", 9, 1998 г. , стр. 64).The main causes and disadvantages that reduce the effectiveness of the use of surface-active substances (PLI) to accelerate the biodegradation of oily water include:
- the impossibility of rapid (within several hours or days) the use of surfactants due to weather conditions, the remoteness of the spill site;
- the difficulty of spraying dispersants over the surface of oil spills in optimal quantities and ratios;
- the dependence of the effectiveness of the use of dispersants on the composition of the spilled oil and the parameters of the medium (gemneratura, turbulence, etc.)
A method of accelerating the biodegradation of petroleum products through the use of surfactants is carried out using various flying and floating vehicles that spray surfactants on a water surface. The use of surfactants requires certain subsequent actions to remove them from the water surface. For these purposes, oil gathering devices, booms, separation devices and skimmers of various designs are used (disk, drum, vortex, centrifugal, etc. See railway station Oil of Russia, 9, 1998, p. 64).

Одним из перспективных направлений в области промышленной и бытовой обработки нефтесодержащей воды являются способы и устройства, основанные на использовании энергии ультразвуковых колебаний для извлечения или разрушения нефтепродуктов. One of the promising areas in the field of industrial and household processing of oily water is methods and devices based on the use of ultrasonic vibration energy to extract or destroy oil products.

Известен способ снижения концентрации эмульгированных в воде нефтепродуктов путем ее ультразвуковой обработки в режиме кавитации при частоте ультразвука 8-500 кГц интенсивностью 2 Вт/см² (см. патент РФ 2047566, С 02 F 1/36, 1991 г.). Физическая сущность настоящего способа заключается в разрушении нефтепродуктов в воде путем "дожигания" углеводородов, находящихся в нефтесодержащей воде до конечных веществ процесса горения: двуокиси углерода и воды. Таким образом обеспечивается снижение концентрации нефтепродуктов в водных системах, прошедших подобную кавитационную обработку.A known method of reducing the concentration of oil emulsified in water by ultrasonic treatment in the cavitation mode at an ultrasound frequency of 8-500 kHz with an intensity of 2 W / cm ² (see RF patent 2047566, C 02 F 1/36, 1991). The physical essence of the present method consists in the destruction of petroleum products in water by "afterburning" of hydrocarbons in oil-containing water to the final substances of the combustion process: carbon dioxide and water. This ensures a decrease in the concentration of oil products in water systems that have undergone a similar cavitation treatment.

Известный способ деградации нефтепродуктов имеет ряд существенных недостатков, значительно ограничивающих сферу его применения:
- способ может быть использован только в стационарных условиях, где имеется специальная емкость для накопления или хранения исходной нефтесодержащей жидкости, которую затем подают в кавитационную емкость;
- процесс деградации нефтепродуктов ведут в замкнутой стационарной кавитационной емкости, имеющей ограниченный объем, что обуславливает малую производительность способа и значительную длительность процесса "дожигания" углеводородов, содержащихся в нефтяной эмульсии;
- настоящий способ не может быть использован непосредственно в зоне экологического загрязнения в силу малого объема обрабатываемой нефтесодержащей воды и отсутствия конструктивных средств для непрерывной подачи нефтесодержащей жидкости в кавитационную емкость.The known method of degradation of petroleum products has a number of significant disadvantages, significantly limiting the scope of its application:
- the method can be used only in stationary conditions, where there is a special tank for accumulating or storing the original oily liquid, which is then fed into the cavitation tank;
- the process of degradation of petroleum products is carried out in a closed stationary cavitation tank with a limited volume, which leads to a low productivity of the method and a significant duration of the process of “afterburning” of hydrocarbons contained in the oil emulsion;
- the present method cannot be used directly in the zone of environmental pollution due to the small volume of oil-containing water being processed and the lack of constructive means for the continuous supply of oil-containing liquid to a cavitation tank.

Известный способ снижения концентрации эмульгированных в воде нефтепродуктов реализуют с помощью устройств, описанных в патенте РФ 2047566, С 02 F 1/36, 1991 г., фиг.1, 2). Устройство содержит емкость 1 с исходной жидкостью, кавитационную емкость 2, ультразвуковой генератор 3, излучатель ультразвука 4. Вариант конструктивной реализации устройства по снижению концентрации нефтепродуктов предусматривает наличие насоса 5. A known method of reducing the concentration of oil emulsified in water is implemented using the devices described in the patent of the Russian Federation 2047566, C 02 F 1/36, 1991, Fig.1, 2). The device contains a tank 1 with the original liquid, a cavitation tank 2, an ultrasonic generator 3, an ultrasound transducer 4. An embodiment of the device for reducing the concentration of oil products involves a pump 5.

Данное устройство используется на нефтеперерабатывающих заводах, на речном транспорте, в авиационной промышленности и других отраслях народного хозяйства для снижения уровня концентрации эмульгированных в воде нефтепродуктов до допустимых значений за счет ее ультразвуковой обработки в режиме кавитации при частоте ультразвука 8-500 кГц интенсивностыо 2 Вт /см².This device is used in oil refineries, in river transport, in the aviation industry and other sectors of the national economy to reduce the concentration of oil emulsified in water to acceptable values due to its ultrasonic treatment in cavitation mode at an ultrasound frequency of 8-500 kHz with an intensity of 2 W / cm ² .

Устройство по патенту РФ 2047566 имеет существенные конструктивные и технологические недостатки:
- необходимость специальной промежуточной емкости для предварительного накопления нефтесодержащей жидкости;
- невозможность использования устройства и реальных условиях на больших водных пространствах, что в условиях многочисленных разливов нефти на водных объектах приобретает решающее значение для обеспечения экологической безопасности территории государства или региона;
- низкая производительность устройства, поскольку обработка нефтесодержащей воды ультразвуком производится в одной замкнутой кавитационной емкости весьма ограниченного объема;
- необходимость периодической очистки промежуточной емкости и кавитационной емкости от осадков нефтепродуктов, что трудоемко и требует значительных затрат времени.The device according to the patent of the Russian Federation 2047566 has significant structural and technological disadvantages:
- the need for a special intermediate tank for preliminary accumulation of oily liquid;
- the impossibility of using the device and real conditions in large bodies of water, which in the face of numerous oil spills at water bodies is crucial to ensure the environmental safety of the territory of a state or region;
- low productivity of the device, since the treatment of oily water with ultrasound is carried out in one closed cavitation tank of a very limited volume;
- the need for periodic cleaning of the intermediate tank and cavitation tank from oil product sediments, which is time-consuming and time-consuming.

Настоящее изобретение решает задачу по разработке высокопроизводительного способа ускорения биодеградации нефтепродуктов, разлитых на водной поверхности, путем ультразвуковой обработки нефтесодержащей воды в режиме кавитации. Настоящее изобретение решает также задачу разработки мобильных высокопроизводительных устройств для ультразвуковой обработки нефтесодержащей воды непосредственно в зоне экологического загрязнения. The present invention solves the problem of developing a high-performance method for accelerating the biodegradation of oil products spilled on a water surface by ultrasonic treatment of oil-containing water in the cavitation mode. The present invention also solves the problem of developing mobile high-performance devices for ultrasonic treatment of oily water directly in the zone of environmental pollution.

Решение поставленной технической задачи осуществляется следующим образом. В способе ускорения биодеградации нефтесодержащей воды, включающем подачу нефтесодержащей воды в кавитационную емкость и ее последующую ультразвуковую обработку в режиме кавитации, согласно настоящему изобретению обработку нефтесодержащей воды осуществляют в проточной кавитационной емкости при частоте ультразвука 520-600 кГц, интенсивностью 4-12 Вт/см² в течение 3-100 с, после чего образованную нефтесодержащую эмульсию возвращают в водную среду для последующей биодеградации ее микроорганизмами и растениями. В устройстве для ускорения биодеградации нефтесодержащей воды, включающем кавитационную емкость с излучателем ультразвука и блок питания, подключенный к излучателю, согласно настоящему изобретению кавитационная емкость выполнена в виде прямой проточной цилиндрической трубы, входное и выходное отверстие которой снабжено соединительным разъемом, а излучатель ультразвука выполнен в виде пьезокерамических элементов, число которых составляет от 10 до 50 элементов. В зависимости от конструктивных размеров кавитационной емкости на ее внутренней поверхности равномерно по всему объему устанавливают от 10 до 50 пьезокерамических излучающих элементов. Нa входном отверстии кавитационной емкости смонтирован водозаборный конус, снабженный соединительным разъемом.The solution of the technical problem is as follows. In the method of accelerating the biodegradation of oily water, including the supply of oily water to the cavitation tank and its subsequent ultrasonic treatment in the cavitation mode, according to the present invention, the treatment of oily water is carried out in a flowing cavitation tank at an ultrasound frequency of 520-600 kHz, intensity 4-12 W / cm ² within 3-100 s, after which the formed oil-containing emulsion is returned to the aquatic environment for subsequent biodegradation by its microorganisms and plants. In the device for accelerating the biodegradation of oily water, including a cavitation tank with an ultrasonic emitter and a power supply connected to the emitter, according to the present invention, the cavitation tank is made in the form of a straight flowing cylindrical pipe, the inlet and outlet of which is provided with a connecting connector, and the ultrasound emitter is made in the form piezoceramic elements, the number of which is from 10 to 50 elements. Depending on the design dimensions of the cavitation tank, from 10 to 50 piezoceramic radiating elements are uniformly installed on its inner surface throughout the entire volume. At the inlet of the cavitation tank, a water intake cone equipped with a connecting connector is mounted.

Согласно изобретению устройство содержит насос, всасывающий патрубок которого соединен с выходным отверстием кавитационной емкости, а выходной патрубок сообщен с атмосферой и служит для возвратного слива обработанной ультразвуком воды. According to the invention, the device comprises a pump, the suction pipe of which is connected to the outlet of the cavitation tank, and the outlet pipe is in communication with the atmosphere and serves to return the drained ultrasonic water.

Согласно изобретению водозаборный конус при определенной конструктивной реализации соединен с кавитационной емкостью через соединительный патрубок и дополнительно содержит противопогружающий элемент, закрепленный на горловине конуса. Противопогружающий элемент выполнен в виде кольца или дискретно расположенных частей из материала, удельный вес которого меньше удельного веса воды, например из пенопласта. Противопогружающий элемент может быть выполнен в виде герметичной емкости или ряда емкостей, наполненных воздухом. According to the invention, the water intake cone, with a certain structural implementation, is connected to the cavitation tank through the connecting pipe and further comprises an anti-loading element fixed to the neck of the cone. The anti-immersion element is made in the form of a ring or discretely arranged parts of a material whose specific gravity is less than the specific gravity of water, for example, foam. The anti-immersion element may be in the form of a sealed container or a series of containers filled with air.

Настоящее изобретение предусматривает выполнение блока питания ультразвукового излучателя в виде автономного источника энергии, например в виде генератора с бензиновым двигателем. The present invention provides for the implementation of the power supply of the ultrasonic emitter in the form of an autonomous energy source, for example, in the form of a generator with a gasoline engine.

Согласно настоящему изобретению устройство для ускорения биодеградации нефтесодержащей воды смонтировано на мобильном транспортном средстве, обеспечивающем перемещение устройства по земной поверхности, например на автомобиле или транспортном средстве с гусеничной ходовой частью. При этом кавитационная емкость установлена на съемной платформе, закрепленной на транспортном средстве, с возможностью перемещения относительно транспортного средства. According to the present invention, a device for accelerating the biodegradation of oily water is mounted on a mobile vehicle that allows the device to move over the earth's surface, such as a car or tracked undercarriage. In this case, the cavitation tank is installed on a removable platform mounted on the vehicle, with the possibility of movement relative to the vehicle.

Согласно настоящему изобретению выгодной формой конструктивной реализации устройства является его монтирование на транспортном средстве, обеспечивающем перемещение устройства по водной поверхности, например, на катере, или малогабаритном судне, или катамаране. В этом случае кавитационная емкость с водозаборным конусом жестко закреплена сбоку корпуса, или между корпусами катамарана, или в отверстии носовой части судна, так что центр кавитационной емкости расположен на уровне ватерлинии. According to the present invention, an advantageous form of constructive implementation of the device is to mount it on a vehicle, providing movement of the device on a water surface, for example, on a boat, or a small vessel, or a catamaran. In this case, the cavitation tank with the water intake cone is rigidly fixed to the side of the hull, or between the hulls of the catamaran, or in the opening of the bow of the vessel, so that the center of the cavitation tank is located at the level of the waterline.

Согласно настоящему изобретению выгодной формой конструктивной реализации устройства является вариант, при котором устройство дополнительно содержит одну или три кавитационных емкости с излучающими пьезокерамическими элементами и водозаборным конусом. При этом в зависимости от количества используемых кавитационных емкостей и их расположения на плавающем транспортном средстве обеспечивается целый парк модификаций патентуемого устройства. According to the present invention, an advantageous form of constructive implementation of the device is an option in which the device further comprises one or three cavitation containers with radiating piezoceramic elements and a water intake cone. Moreover, depending on the number of cavitation tanks used and their location on a floating vehicle, a whole fleet of modifications of the patented device is provided.

Выходное отверстие кавитационной емкости, а при использовании нескольких кавитационных емкостей - каждой емкости согласно изобретению дополнительно снабжено выпускным патрубком для возвратного слива обработанной ультразвуком воды. The outlet opening of the cavitation tank, and when using several cavitation tanks - each tank according to the invention is additionally equipped with an outlet pipe for the return discharge of ultrasonic treated water.

Согласно настоящему изобретению длина кавитационной емкости составляет 3-5 D, а диаметр водозаборного конуса или его максимальная ширина 2-4 D, где D внутренний диаметр отверстия кавитационной емкости, который находится в диапазоне 20-70 см. According to the present invention, the length of the cavitation tank is 3-5 D, and the diameter of the water intake cone or its maximum width is 2-4 D, where D is the inner diameter of the opening of the cavitation tank, which is in the range of 20-70 cm.

Изобретение предусматривает при определенной конструктивной реализации наличие на входном отверстии водозаборного конуса защитной решетки, препятствующей попаданию внутрь кавитационной емкости посторонних засоряющих предметов. The invention provides for a certain constructive implementation of the presence at the inlet of the water intake cone of a protective grill, which prevents foreign objects from clogging inside the cavitation tank.

Технический результат настоящего изобретения заключается в возможности эффективного разрушения нефтепродуктов непосредственно на водной поверхности в месте загрязнения. Разработанный способ ускорения биодеградации нефтесодержащей воды и устройство для его реализации позволяют осуществлять процесс разрушения нефтепродуктов по существу непрерывно, в том числе и при неблагоприятных погодных условиях, когда волнение водной поверхности составляет 2-3 балла. Патентуемый способ и устройство для его осуществления отличаются повышенной производительностью обработки водной поверхности, что принципиально важно для снижения отрицательных экологических последствий от нефтяного загрязнения и ускорения процесса очистки нефтесодержащей воды. The technical result of the present invention lies in the possibility of effective destruction of petroleum products directly on the water surface at the site of contamination. The developed method for accelerating the biodegradation of oil-containing water and a device for its implementation allow the process of destruction of oil products to be carried out substantially continuously, including under adverse weather conditions, when the water surface roughness is 2-3 points. The patented method and device for its implementation are distinguished by increased productivity of processing the water surface, which is fundamentally important to reduce the negative environmental consequences of oil pollution and accelerate the process of purification of oily water.

Сущность изобретения поясняется описанием способа ускорения биодеградации нефтесодержащей воды, устройства для его осуществления и чертежами, на которых представлены:
фиг. 1 (а, б) - общий вид устройства ускорения биодеградации нефтесодержащей воды с водозаборным конусом различной конструкции;
фиг.2 - общий вид устройства с насосом и патрубками;
фиг.3 - варианты конструктивного выполнения водозаборного конуса;
фиг. 4-7 - отдельные варианты выполнения устройства в зависимости от количества используемых кавитационных емкостей и места крепления;
фиг. 8 - расположение кавитационной емкости на плавающем транспортном средстве (вид сбоку).The invention is illustrated by a description of a method of accelerating the biodegradation of oily water, a device for its implementation and the drawings, which show:
FIG. 1 (a, b) is a general view of a device for accelerating the biodegradation of oily water with a water intake cone of various designs;
figure 2 - General view of the device with a pump and nozzles;
figure 3 - options for structural design of the water intake cone;
FIG. 4-7 - individual embodiments of the device depending on the number of cavitation containers used and the mounting location;
FIG. 8 - location of the cavitation tank on a floating vehicle (side view).

Патентуемый способ ускорения биодеградации нефтесодержащей воды осуществляют с использованием различных модификаций разработанных для этих целей мобильных устройств. Базовый вариант устройства по ускорению биодеградации нефтепродуктов содержит (фиг. 1) проточную кавитационную емкость 1 в виде прямой цилиндрической трубы, входное и выходное отверстие которой снабжено соединительными разъемами 2 и 3. Кавитационная емкость 1 выполнена, например, из титанового сплава ВT-3 (возможно использование и другого конструкционного материала) и содержит излучатель ультразвука, выполненный в виде пьезокерамических излучающих элементов 4, закрепленных по всему объему внутренней поверхности кавитационной емкости 1. В качестве излучающих элементов 4 могут быть использованы стандартные пьезокерамические излучатели, например, типа GM 23 фирмы "Элма" (Германия). A patented method for accelerating the biodegradation of oily water is carried out using various modifications of mobile devices developed for these purposes. The basic version of the device for accelerating the biodegradation of oil products contains (Fig. 1) a flowing cavitation tank 1 in the form of a straight cylindrical pipe, the inlet and outlet of which is equipped with connecting connectors 2 and 3. The cavitation tank 1 is made, for example, of titanium alloy VT-3 (possibly the use of another structural material) and contains an ultrasound transducer made in the form of piezoceramic radiating elements 4, fixed throughout the volume of the inner surface of the cavitation tank 1. In As the radiating elements 4, standard piezoceramic radiators, for example, type GM 23 from Elma (Germany), can be used.

Кавитационная емкость 1 имеет электрический разъем 5 для подключения силового кабеля блока питания 6, обеспечивающего электропитание излучающих элементов 4. Блок питания 6 выполнен в виде автономного источника энергии, например в виде генератора с бензиновым двигателем типа GNTFH фирмы "GESAH" (Германия), напряжением 380/220 В. The cavitation tank 1 has an electric connector 5 for connecting the power cable of the power supply unit 6, which provides power to the radiating elements 4. The power supply unit 6 is made in the form of an autonomous energy source, for example, in the form of a generator with a gasoline engine type GNTFH from GESAH (Germany), voltage 380 / 220 V.

На входном отверстии кавитационной емкости 1 смонтирован водозаборный конус 7, снабженный соединительным разъемом. Водозаборный конус 7 обеспечивает эффективный "захват" нефтесодержащей воды и выполнен из нержавеющей стали марки X18Н10T. Возможно выполнение водозаборного конуса из пластических и синтетических материалов. Конструктивно соединительные разъемы 2 и 3 кавитационной емкости 1, водозаборного конуса 7, соединительных и выпускных патрубков могут быть выполнены, например, в виде резьбового соединения или соответствующей части байонетного замка. Возможны и другие конструктивные варианты выполнения соединительных разъемов. At the inlet of the cavitation tank 1 is mounted a water intake cone 7, equipped with a connecting connector. The water intake cone 7 provides an effective "capture" of oily water and is made of stainless steel grade X18H10T. It is possible to make a water intake cone from plastic and synthetic materials. Structurally, the connecting connectors 2 and 3 of the cavitation tank 1, the intake cone 7, the connecting and exhaust pipes can be made, for example, in the form of a threaded connection or the corresponding part of the bayonet lock. Other design options for the implementation of the connectors.

Устройство для ускорения биодеградации нефтесодержащей воды согласно другому варианту выполнения (фиг.2) содержит насос 8, всасывающий патрубок 9 которого соединен с выходным отверстием кавитационной емкости 1, а выходной патрубок 10 сообщен с атмосферой и служит для возвратного слива обработанной воды. В качестве насоса 8 используют насос с бензиновым двигателем типа ЕMP 305 фирмы "Еndress" (Германия). Высота подъема жидкости 28 м, производительность 1300 л/мин. A device for accelerating the biodegradation of oil-containing water according to another embodiment (FIG. 2) comprises a pump 8, a suction pipe 9 of which is connected to an outlet of a cavitation tank 1, and an output pipe 10 is connected to the atmosphere and serves to return the treated water to be discharged. As the pump 8, use a pump with a gasoline engine type EMP 305 firm "Endress" (Germany). Liquid lifting height 28 m, productivity 1300 l / min.

В зависимости от конструктивной реализации водозаборный конус 7 может быть соединен с кавитационной емкостью 1 через соединительный патрубок 11, концы которого снабжены соединительным разъемом. Depending on the structural implementation, the intake cone 7 can be connected to the cavitation tank 1 through a connecting pipe 11, the ends of which are equipped with a connecting connector.

Водозаборный конус 7 имеет противопогружающий элемент 12, закрепленный на горловине конуса, и защитную сетку 13. Противопогружающий элемент 12 обеспечивает плавучесть водозаборного конуса и может быть выполнен в виде кольца (фиг.3 а) или дискретно расположенных частей (фиг.3 б) из материала, удельный вес которого меньше удельного веса воды, например из пенопласта. Противопогружающий элемент 12 может быть выполнен в виде герметичной емкости или нескольких емкостей, наполненных воздухом. Защитная сетка 13 выполнена из нержавеющей стали марки Х18Н10Т. Возможно выполнение сетки 13 из других коррозионно-стойких материалов. The intake cone 7 has an anti-immersion element 12 mounted on the neck of the cone and a protective net 13. The anti-immersion element 12 provides buoyancy of the water intake cone and can be made in the form of a ring (Fig. 3 a) or discrete parts (Fig. 3 b) made of material , the specific gravity of which is less than the specific gravity of water, for example, foam. The anti-immersion element 12 can be made in the form of a sealed container or several containers filled with air. The protective mesh 13 is made of stainless steel grade X18H10T. The mesh 13 may be made of other corrosion-resistant materials.

Горловина водозаборного конуса 7 может быть выполнена в форме окружности (фиг. 3 а), прямоугольника (фиг.3 б) или квадрата. Размер горловины водозаборного конуса 7 составляет 2-4 D, где D - внутренний диаметр кавитационной емкости 1, который находится в диапазоне от 20 до 70 см. The neck of the water intake cone 7 can be made in the form of a circle (Fig. 3 a), a rectangle (Fig. 3 b) or a square. The size of the neck of the intake cone 7 is 2-4 D, where D is the inner diameter of the cavitation tank 1, which is in the range from 20 to 70 cm.

Для обеспечения возможности мобильного перемещения устройства но загрязненной нефтепродуктами водной поверхности или транспортировки устройства в зону экологического загрязнения патентуемое устройство смонтировано на мобильном транспортном средстве. Для перемещения по земной поверхности устройство смонтировано на автомобиле или на транспортном средстве с гусеничной ходовой частью (на фиг. не показано). Для перемещения по водной поверхности (см. фиг. 4-8) устройство смонтировано па транспортном средстве 14, в качестве которого используют катер, малогабаритное судно или катамаран. При монтировании устройства на плавающем транспортном средстве (фиг.8) кавитационная емкость 1 дополнительно снабжена выпускным патрубком 15 для возвратного слива обработанной воды. To enable mobile movement of the device but the water surface contaminated with oil products or transportation of the device to the environmental pollution zone, the patented device is mounted on a mobile vehicle. To move on the earth's surface, the device is mounted on a car or on a vehicle with a tracked undercarriage (not shown in Fig.). To move on the water surface (see Fig. 4-8), the device is mounted on the vehicle 14, which is used as a boat, small vessel or catamaran. When mounting the device on a floating vehicle (Fig. 8), the cavitation tank 1 is additionally equipped with an outlet pipe 15 for the return discharge of treated water.

Патентуемый способ ускорения биодеградации нефтесодержащей воды реализуют с использованием разработанных для этих целей мобильных устройств (фиг. 1-8) следующим образом. A patented method for accelerating the biodegradation of oily water is implemented using mobile devices developed for these purposes (Figs. 1-8) as follows.

Исходя из местонахождения водной поверхности и площади ее загрязнения нефтепродуктами, выбирают тип транспортного средства, оптимальный вариант состава и компоновки устройства. Например, монтируют устройство для ускорения биодеградации нефтесодержащей воды на малогабаритном судне 14, используя для ультразвуковой обработки две кавитационные емкости 1 диаметром 0,3 м и длиной 2 м с водозаборными конусами 7 и защитной сеткой 13 (см. фиг.5 а). Устанавливают на судне автономный источник энергии 6, например генератор с бензиновым двигателем. Силовой кабель источника 6 подключают к разъемам 5 кавитационных емкостей 1, обеспечивая электропитание пьезокерамических излучателей 4, закрепленных равномерно по всему объему внутренней поверхности кавитационных емкостей 1. Режим работы излучателей 4 устанавливают при изготовлении кавитационной емкости путем соответствующего выбора типа, размера и количества излучающих элементов. В данном устройстве используют пьезокерамические получатели, обеспечивающие частоту 550 кГц и интенсивность 8 Bт/см².Based on the location of the water surface and the area of its contamination with oil products, choose the type of vehicle, the best option for the composition and layout of the device. For example, a device is mounted to accelerate the biodegradation of oily water on a small-sized vessel 14, using for ultrasonic treatment two cavitation containers 1 with a diameter of 0.3 m and a length of 2 m with water intake cones 7 and a protective net 13 (see Fig. 5 a). An autonomous energy source 6, for example, a generator with a gasoline engine, is installed on the vessel. The power cable of the source 6 is connected to the connectors 5 of the cavitation tanks 1, providing power to the piezoceramic emitters 4, fixed uniformly throughout the entire volume of the inner surface of the cavitation tanks 1. The operation mode of the emitters 4 is set during the manufacture of cavitation tanks by appropriate selection of the type, size and number of radiating elements. This device uses piezoceramic receivers, providing a frequency of 550 kHz and an intensity of 8 W / cm ² .

После необходимой подготовки устройства к работе осуществляют непосредственно разработанный способ ускорения биодеградации. Малогабаритное судно 14 на малой скорости (2-3 км/ч) подводят к краю нефтяной пленки, разлитой па водной поверхности. Используя поступательное движение судна, нефтесодержащую воду подают через защитную сетку 13 и водозаборный конус 7 в полости двух проточных кавитационных емкостей 1. Осуществляют ультразвуковую обработку нефтесодержащей воды в режиме кавитации при частоте ультразвука 550 кГц интенсивностью 8 Вт/см². Размещенные равномерно но всему объему внутренней поверхности кавитационной емкости 1 пьезокерамические элементы 4 обеспечивают равномерное излучение ультразвуковой энергии во весь объем проточной нефтесодержащей воды. Кавитация, вызванная ультразвуковым "облучением", вызывает прямое разрушение углеводородов в воде за счет пиролиза и окисления радикалами. Кроме того, кавитация производит эмульгирование углеводородов в воде.After the necessary preparation of the device for operation, a directly developed method of accelerating biodegradation is carried out. A small vessel 14 at a low speed (2-3 km / h) is brought to the edge of the oil film spilled on the water surface. Using the translational motion of the vessel, oily water is supplied through a protective grid 13 and a water intake cone 7 in the cavity of two flowing cavitation tanks 1. Ultrasonic treatment of oily water is carried out in the cavitation mode at an ultrasound frequency of 550 kHz with an intensity of 8 W / cm ² . Piezoceramic elements 4 arranged evenly but over the entire volume of the inner surface of the cavitation tank 1 provide uniform emission of ultrasonic energy into the entire volume of flowing oil-containing water. Cavitation caused by ultrasonic "irradiation" causes direct destruction of hydrocarbons in water due to pyrolysis and oxidation by radicals. In addition, cavitation emulsifies hydrocarbons in water.

Время ультразвуковой обработки нефтесодержащей воды определяется выбранными размерами кавитационной емкости и скоростью прохождения нефтесодержащей воды по кавитационной емкости, которая в определенной степени зависит от концентрации нефтепродуктов в воде. В данном случае, при выбранной длине кавитационной емкости 2 м, средней концентрации нефтепродуктов в воде 10-15 г/л и скорости движения судна 14 2-3 км/ч время обработки составляет 4-7 с. The time of ultrasonic treatment of oil-containing water is determined by the selected dimensions of the cavitation tank and the speed of passage of the oil-containing water through the cavitation tank, which to a certain extent depends on the concentration of oil products in the water. In this case, with a selected cavitation tank length of 2 m, an average concentration of oil products in water of 10-15 g / l and a vessel speed of 14–2–3 km / h, the processing time is 4–7 s.

После ультразвуковой обработки нефтесодержащей воды в режиме кавитации в емкостях 1 образованную нефтесодержащую эмульсию через выпускные патрубки 15 возвращают обратно в водную среду для последующей биодеградации се различными микроорганизмами и растениями. After ultrasonic treatment of oil-containing water in the cavitation mode in tanks 1, the formed oil-containing emulsion through the outlet pipes 15 is returned back to the aquatic environment for subsequent biodegradation with various microorganisms and plants.

В случае нефтяного загрязнения водной среды вблизи берега водоема, реки и т. п. эффективно использование мобильного наземного средства для транспортировки разработанного устройства. В этом случае способ ускоренной биодеградации нефтесодержащей воды реализуют следующим образом. In the case of oil pollution of the aquatic environment near the shore of a reservoir, river, etc., it is efficient to use a mobile ground vehicle to transport the developed device. In this case, the method of accelerated biodegradation of oily water is implemented as follows.

Наземное транспортное средство (например, автомобиль) доставляет устройство на берег водоема. С автомобиля сгружают съемную платформу, на которой установлена кавитационная емкость 1. Съемная платформа (не показана) представляет собой тележку на двух колесах с ручками и стопорным крюком, на которой смонтирована кавитационная емкость 1. С помощью тележки доставляют кавитационную емкость на берег водоема и устанавливают ее в рабочее положение (входное отверстие направлено в сторону водоема). Стопорным крюком фиксируют тележку от непроизвольного перемещения по берегу. С помощью соединительного разъема 2 кавитационной емкости 1 монтируют соединительный патрубок 11 (см. фиг.2). Нa соединительный разъем патрубка 11 монтируют водозаборный конус 7, на горловине которого установлен противопогружающий элемент 12 в виде пенопластового кольца. Для предотвращения засорения кавитационной емкости 1 посторонними предметами на горловину водозаборного конуса 7 устанавливают защитную сетку 13. Водозаборный конус размещают на загрязненной водной поверхности. Нa соединительный разъем 3 кавитационной емкости 1 монтируют всасывающий патрубок 9 насоса 8. Выходной патрубок 10 насоса 8 сообщен с атмосферой и установлен таким образом, что обеспечивает возвратный слив нефтесодержащей эмульсии в водную среду. В завершение подключают соответствующий силовой кабель блока питания 6 к электрическому разъему 5 кавитационной емкости 1 для обеспечения электропитания излучающих элементов 4. Устройство готово для ультразвуковой обработки нефтесодержащей воды. A land vehicle (such as a car) delivers the device to the shore of a pond. A removable platform on which cavitation tank 1 is installed is unloaded from the car. A removable platform (not shown) is a two-wheeled trolley with handles and a locking hook, on which cavitation tank 1 is mounted. Using a trolley, the cavitation tank is delivered to the shore of the reservoir and installed in working position (inlet is directed towards the reservoir). With a locking hook, the trolley is fixed from involuntary movement along the shore. Using the connector 2 of the cavitation tank 1 mount the connecting pipe 11 (see figure 2). On the connecting connector of the pipe 11, a water intake cone 7 is mounted, on the neck of which an anti-loading element 12 is installed in the form of a foam ring. To prevent clogging of the cavitation tank 1 with foreign objects, a protective net 13 is installed on the neck of the intake cone 7. The intake cone is placed on a contaminated water surface. On the connecting connector 3 of the cavitation tank 1, the suction pipe 9 of the pump 8 is mounted. The outlet pipe 10 of the pump 8 is connected to the atmosphere and is installed in such a way that the oil-containing emulsion is returned to the aqueous medium. In conclusion, connect the corresponding power cable of the power supply 6 to the electrical connector 5 of the cavitation tank 1 to provide power to the radiating elements 4. The device is ready for ultrasonic treatment of oily water.

Способ ускорения биодеградации нефтесодержащей воды в данной конструктивной реализации осуществляют следующим образом. Включают насос 8. В полости кавитационной емкости 1 создается необходимое разряжение. Нефтесодержащую воду через защитную решетку 13, водозаборный конус 7 и соединительный патрубок 11 подают в полость кавитационной емкости 1. Осуществляют ее ультразвуковую обработку в режиме кавитации при частоте ультразвука, например, 600 кГц, интенсивностью 10 Вт/см². После чего нефтесодержащую эмульсию через выходной патрубок 10 возвращают в водную среду для последующей биодеградации ее микроорганизмами и растениями.A method of accelerating the biodegradation of oily water in this design implementation is as follows. Turn on the pump 8. In the cavity of the cavitation tank 1 creates the necessary vacuum. Oil-containing water through the protective grid 13, the intake cone 7 and the connecting pipe 11 is fed into the cavity of the cavitation tank 1. Carry out its ultrasonic treatment in the cavitation mode at an ultrasound frequency, for example, 600 kHz, an intensity of 10 W / cm ² . After that, the oily emulsion through the outlet pipe 10 is returned to the aquatic environment for subsequent biodegradation by its microorganisms and plants.

Разработанный способ ускорения биодеградации нефтесодержащей воды показал свою эффективность и высокую производительность. Результаты ультразвуковой обработки нефтесодержащей воды по режимам разработанного способа показывают снижение в 2-5 и более раз содержания нефтепродуктов в водной среде. При этом разработанные многочисленные модификации мобильных устройств для реализации патентуемого способа обеспечивают высокую скорость обработки больших водных площадей, загрязненных нефтепродуктами, и позволяют вести процесс разрушения нефтепродуктов практически непрерывно. The developed method for accelerating the biodegradation of oily water has shown its effectiveness and high productivity. The results of ultrasonic treatment of oily water according to the modes of the developed method show a decrease of 2-5 or more times the oil content in the aquatic environment. Moreover, the developed numerous modifications of mobile devices for implementing the patented method provide a high speed of processing large water areas contaminated with oil products, and allow the process of destruction of oil products to be carried out almost continuously.

Claims

1. A method of accelerating the biodegradation of oily water, including the supply of oily water to the cavitation tank and its ultrasonic treatment in the cavitation mode, characterized in that the treatment of oily water is carried out in a flowing cavitation tank at an ultrasound frequency of 520-600 kHz, intensity 4-12 W / cm ² for 3-100 s, after which the formed oil-containing emulsion is sent back to the aquatic environment for subsequent biodegradation by microorganisms and plants.

2. A device for accelerating the biodegradation of oily water, containing a cavitation tank with an ultrasound emitter and a power supply connected to the emitter, characterized in that the cavitation tank is made in the form of a straight cylindrical pipe, the inlet and outlet openings of which are provided with a connecting connector, and the ultrasound emitter is made in in the form of piezoceramic elements, the number of which is from 10 to 50 elements, fixed uniformly throughout the volume of the inner surface of the cavitation tank, while at the inlet of the cavitation tank is mounted a water intake cone equipped with a connecting connector.

3. The device according to claim 2, characterized in that the device comprises a pump, the suction pipe of which is connected to the outlet of the cavitation tank, and the outlet pipe is in communication with the atmosphere and serves to return the oil-containing emulsion back to the aqueous medium.

4. The device according to claim 2 or 3, characterized in that the intake cone is connected to the cavitation tank through the connecting pipe and further comprises an anti-load element mounted on the neck of the cone and made in the form of a ring or discretely arranged parts of a material whose specific gravity is lower than the specific the weight of water, such as polystyrene, or as a sealed container or several containers filled with air.

5. The device according to claim 2, characterized in that the power supply unit of the ultrasonic emitter is made in the form of an autonomous energy source, for example, in the form of a generator with a gasoline engine.

6. The device according to claim 2 or 5, characterized in that it is mounted on a vehicle that allows the device to move on a water surface, for example, on a boat, small vessel, catamaran.

7. The device according to claim 3 or 5, characterized in that it is mounted on a vehicle that provides movement of the device on the earth's surface, for example, on a car or on a vehicle with a tracked undercarriage, while the cavitation tank is mounted on a removable platform fixed on a vehicle, with the possibility of moving it relative to the vehicle.

8. The device according to p. 6, characterized in that the cavitation tank with a water intake cone is rigidly fixed to a floating vehicle on the side of the hull or in the opening of the bow, so that the center of the cavitation tank is located at the level of the waterline.

9. The device according to claim 6, characterized in that it further comprises one or three cavitation tanks with radiating elements and a water intake cone, while in the case of using two cavitation tanks they are mounted on the sides of a floating vehicle, or in the openings of the bow of the body, or between the hulls of the catamaran, in the case of using three cavitation containers, two of them are mounted on the sides of the floating vehicle, and one in the opening of the bow of the hull, or all three in the holes of the bow of the cor mustache, or between catamaran hulls, in the case of using four cavitation containers, they are fastened two on each side of the body, or one on each side and two in the openings of the bow of the hull, or fasten all four cavitation containers in the holes of the bow, or between the hulls of the catamaran , or one on each side of the catamaran, and two containers - between the hulls of the catamaran.

10. The device according to one of paragraphs.6, 8, 9, characterized in that the outlet of the cavitation tank is additionally equipped with an outlet pipe for the return discharge of the oil-containing emulsion into the aqueous medium.

11. The device according to one of paragraphs.2-10, characterized in that the length of the cavitation tank is (3-5) D, and the diameter of the water intake cone or its maximum width (2-4) D, where D is the inner diameter of the hole of the cavitation tank which is in the range of 20-70 cm.

12. The device according to one of claims 2 to 11, characterized in that a protective mesh is mounted on the inlet of the water intake cone.