RU2486137C2

RU2486137C2 - Система для очистки воды

Info

Publication number: RU2486137C2
Application number: RU2009145079/05A
Authority: RU
Inventors: Бернард ЯКОБС; Иан Дуглас ВРООМ
Original assignee: Ризос Балласт Технолоджиз (Препрайетери) Лимитед
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2013-06-27
Also published as: KR20100017410A; WO2008132681A3; CN101754933A; AU2008243862A1; AU2008243862B2; RU2009145079A; JP2010524678A; CA2685114A1; WO2008132681A2; IL201709A0; EP2155614A2; US20100072143A1

Abstract

Изобретение относится к способу и устройству для обеззараживания воды с целью уменьшения количества водных организмов, присутствующих в некотором объеме воды, и может быть использовано для обеззараживания перевозимой судами воды, содержащейся в балластной цистерне судна. Согласно изобретению забирают воду, загрязненную водными организмами, и прогоняют ее через протяженную систему трубопроводов, при этом объемный расход воды одинаков во всех точках системы, а вода в каждой точке системы имеет гидростатический напор и скоростной напор, после чего вода направляется в цистерну. В воду вводят озон в количестве от 0,001 до 0,1 г на литр, подвергают электролизу воду в реакторе, где вода является морской, в воду вводят гипохлорит натрия в количестве от 0,4 до 1,0 миллиграмма на литр и прокачивают воду через реактор, имеющий такую систему трубопроводов различного диаметра, в которой гидростатический напор воды уменьшается до уровня ниже атмосферного давления в первой точке системы, и благодаря увеличению скоростного напора воды в этой точке происходит кавитация воды. Изобретение позволяет снизить энергопотребление и использовать меньшее количество опасных химических веществ для достижения требуемой степени очистки воды. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 14 ил.

Description

Область техники

Изобретение относится к устройствам для обеззараживания воды с целью устранения находящихся там водных организмов, путем уничтожения этих организмов или сокращения их количества до тех пор, пока они не станут нежизнеспособны как колонии. Изобретение может быть использовано, в частности, для обеззараживания перевозимой судами балластной воды, которая может вызывать нежелательные экологические последствия при ее сбросе в моря или озера вдали от места забора воды.

Предшествующий уровень техники

Современные суда часто перевозят балластную воду в цистернах в трюме корабля для обеспечения требуемой посадки и остойчивости судна и улучшения его маневренности. При погрузке груза на борт и увеличении осадки судна избыточная балластная вода сбрасывается. Аналогично, при разгрузке судна балластная вода закачивается в балластные цистерны для поддержания требуемого равновесия.

Хорошо известна давно существующая проблема сброса в морские и пресные воды чужеродных организмов, зачастую забранных на большом расстоянии от места сброса, усугубляемая большими объемами сбрасываемой из судов балластной воды, в которой обитают многочисленные разновидности таких организмов. Эти организмы варьируются от мелких представителей планктона до крупных морских рыб и включают в себя патогенные бактерии и микроорганизмы (простейшие) на всех стадиях их жизненного цикла. Некоторые из них имеют мало естественных противников в новой среде обитания, и при нахождении подходящего источника пищи в этих водах быстро колонизируют новую территорию и могут начать там доминировать. Таким образом, они могут стать паразитами и угрожать стабильности экосистемы их новой среды обитания.

Мировое сообщество признает, что данная проблема является серьезной угрозой для морской среды, и в феврале 2004 года Международной морской организацией (ИМО) была принята Конвенция, которая требует от судовладельцев выполнения строго регламентированных систематических мероприятий по обеззараживанию балластной воды на своих судах. Конвенция находится в процессе ратификации, а конкретные положения о технологиях, которые будут применяться при выполнении требований Конвенции, все еще обсуждаются.

Известна система обеззараживания балластной воды с использованием эффекта кавитации в совокупности с биоцидным химическим воздействием хлора и других газов, получаемых в процессе электролиза, а также вводимого озона, PCT/IB2006/003022 (WO 2007/049139). Хотя использование каждого из этих процессов по отдельности для обеззараживания балластной воды было уже известно на момент подачи заявки, описанная комбинация известна не была и эффекты от взаимодействия этих процессов были неизвестны и не изучены.

Раскрытие изобретения

В способе для уменьшения количества водных организмов, присутствующих в некотором объеме воды, содержащейся в балластной цистерне судна, согласно которому: забирают воду, загрязненную водными организмами, и прогоняют ее через протяженную систему трубопроводов, при этом объемный расход воды одинаков во всех точках системы, а вода в каждой точке системы имеет гидростатический напор и скоростной напор, после чего вода направляется в цистерну, в воду вводят озон в количестве от 0,001 до 0,1 г на литр, электролизуя воду в реакторе, где вода является морской, в воду вводят гипохлорит натрия в количестве от 0,4 до 1,0 миллиграмма на литр, и прокачивают воду через реактор, имеющий такую систему трубопроводов различного диаметра, в которой гидростатический напор воды уменьшается до уровня ниже атмосферного давления в первой точке системы, и благодаря увеличению скоростного напора воды в этой точке происходит кавитация воды; воду могут прокачивать через реактор посредством насоса, расположенного в системе трубопроводов после реактора по направлению потока; при этом воду могут прокачивать через реактор со средней скоростью от 2 до 3,5 м/сек, предпочтительно, со скоростью около 3 м/сек; воду могут прокачивать через реактор с объемным расходом потока от 160 до 320 куб. м в час, предпочтительно, с объемным расходом потока около 280 куб. м в час; воду могут прокачивать через реактор с объемным расходом потока от 450 до 1000 куб. м в час, предпочтительно, с объемным расходом потока около 640 куб. м в час.

Размеры и конфигурация реактора могут быть выбраны так, чтобы вызывать кавитацию воды, непрерывно или периодически, на участке от 2 до 3 метров по ходу тока воды через систему трубопроводов; размеры и конфигурация реактора могут быть выбраны так, чтобы вызывать кавитацию воды, непрерывно или периодически, в течение от 1 до 5 секунд, предпочтительно в течение около 5 секунд. Дополнительно в воду, проходящую через реактор, могут вводить озон в количестве около 0,01 г/л.; озон могут производить непосредственно на корабле; озон могут получать методом коронного разряда; озон могут вводить в воду до ее кавитации.

Кроме того, способ может включать шаг снижения концентрации живых организмов до достижения критериев, указанных в положении D-2 приложения «Нормы регуляции и контроля балластных вод и отложений» к принятой ИМО Конвенции по балластной воде 2004 года, посредством создания в воде эффекта кавитации с помощью процессов кавитации и электролиза, после чего обеззараженная вода подается в балластную цистерну корабля.

В устройстве для уменьшения количества водных организмов в некотором объеме воды, содержащейся в балластной цистерне судна, содержащем: реактор с протяженной системой трубопроводов с началом и концом, конфигурация которой обеспечивает постоянный объемный расход протекающей через реактор воды, согласно изобретению реактор содержит, по меньшей мере, одну пару электродов, расположенных внутри системы трубопроводов, настроенных так, чтобы вызвать электрический ток в воде, протекающей в системе трубопроводов, чтобы подвергнуть электролизу морскую воду и чтобы ввести гипохлорит натрия в воду в количестве от 0,4 до 1,0 миллиграммов на литр; реактор также включает средства для введения в воду озона в количестве от 0,001 до 0,1 г на литр; при этом система трубопроводов разделяется на зоны, в том числе: первая коническая зона, в основном, в виде усеченного конуса, имеющая выход, образующий первое отверстие с первым диаметром, а также вход, образующий второе отверстие со вторым диаметром, который больше первого диаметра; первая реакторная зона, в основном, цилиндрической формы, с третьим диаметром, который больше первого диаметра, при этом первая реакторная зона соединяется с выходом первой конической зоны посредством радиально расположенного соединительного патрубка так, что диаметр системы трубопроводов резко увеличивается непосредственно после первого отверстия конической зоны; при этом размер первого диаметра выбран таким образом, чтобы начать кавитацию в воде, протекающей по системе трубопроводов; устройство может содержать насос, который располагается в системе трубопроводов после реактора; устройство может включать средство для осуществления коронного разряда, генерирующего озон. Размеры и конфигурация реактора могут быть выбраны так, чтобы вызывать кавитацию воды, непрерывно или периодически, на участке от 2 до 3 метров по ходу тока воды через систему трубопроводов; размеры и конфигурация реактора могут быть выбраны так, чтобы вызывать кавитацию воды, непрерывно или периодически, в течение от 1 до 5 секунд, предпочтительно, в течение около 5 секунд.

Реактор может состоять из нескольких модулей, каждый из которых содержит что-либо из следующего: не менее одной пары электродов, предназначенных для электролиза протекающей через реактор воды; средство для создания эффекта кавитации в потоке воды; либо средство для введения в воду озона; реактор может состоять из нескольких таких модулей, последовательно соединенных друг с другом; реактор может состоять из нескольких подобных модулей, последовательно соединяемых с участком трубопровода, связывающего данный модуль со следующим.

Изобретение также предусматривает устройство, содержащее несколько описанных выше устройств, подключаемых параллельно посредством коллектора.

Термин «реактор» в рамках данного описания изобретения обозначает систему, располагаемую в участке системы труб, в которой вода тем или иным способом подвергается обеззараживанию - электролизом, непосредственным вводом биоцидного газа или кавитацией. Заявитель предполагает использовать эти процессы в совокупности, и поэтому, как правило, подразумевает под «реактором» отдельный реактор, в котором применяется сразу несколько таких процессов. Однако в случае модульной системы, описанной в данном документе, в которой каждый модуль является «реактором» в соответствии с приведенным выше определением, под «реактором» в единственном числе следует понимать комбинацию таких модулей. Кроме того, под «кавитационным реактором» следует понимать реактор, настроенный таким образом, чтобы вызывать в проходящей через него воде кавитацию; поэтому «кавитационный реактор» в данном документе может как содержать, так и не содержать дополнительные средства электролиза или непосредственного введения биоцидного газа.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием примеров его осуществления со ссылками на чертежи, на которых изображено:

- на Фиг.1 - схематическое изображение предлагаемой системы очисти воды для использования непосредственно на корабле;

- на Фиг.2 - реактор, вид сбоку;

- на Фиг.3 - боковая проекция реактора по Фиг.2, изображенного в продольном сечении;

- на Фиг.4 - уменьшенное изображение в перспективе реактора по Фиг.2;

- на Фиг.5 - изображение в перспективе первого модуля реактора по Фиг.2;

- на Фиг.6 - уменьшенное изображение в перспективе второго модуля реактора по Фиг.2 с пространственным разделением деталей;

- на Фиг.7 - изображение с торца третьего модуля реактора по Фиг.2.

- на Фиг.8 - боковая проекция в разрезе третьего модуля, изображенного на Фиг.7;

- на Фиг.9 - изображение в перспективе третьего модуля по Фиг.7;

- на Фиг.10 - изображение в перспективе четвертого модуля реактора по Фиг.2;

- на Фиг.10А, В и С - изображения альтернативных вариантов осуществления четвертого модуля, которые могут использоваться вместо модуля, изображенного на Фиг.10;

- на Фиг.11 - блок-схема электрической панели управления системы, изображенной на Фиг.1;

- на Фиг.12 - контурный рисунок электрической панели управления модуля, изображенного на Фиг.8;

- на Фиг.13 - схематическое изображение альтернативного варианта осуществления предлагаемой системы очистки воды для использования непосредственно на корабле, на котором установлена пара балластных цистерн;

- на Фиг.14 - таблица с результатами проведенных заявителем тестов.

Лучший вариант осуществления изобретения

Устройство, изображенное на Фиг.1-12, является предпочтительным вариантом осуществления устройства для очистки воды на типичном мореходном судне со стандартными балластными цистернами и стандартным балластным насосом. Предлагаемое устройство должно представлять собой эффективную и экономичную систему, соответствующую требованиям постановления Комитета Международной морской организации по защите морской среды 53/24.

Устройство содержит реактор 1, встроенный в систему трубопроводов 100, связывающую кингстонную коробку 101 с одной или несколькими балластными цистернами 102, встроенными в корабль. Также в систему трубопроводов 100 встраивается насос 103 для балластной воды, предпочтительно после реактора 1 (по направлению потока).

Реактор 1 управляется автоматически посредством модуля электрической панели управления 200, соединенного с одним или несколькими блоками 201 дистанционного контроля.

В настоящее время заявитель проводит испытания двух моделей реактора 1 - для установки на кораблях с диаметром трубы балластной системы 6 дюймов (15,2 см) и 10 дюймов (25,4 см), соответственно (между этими двумя моделями нет существенных различий, и в данном описании изобретения такие модели не различаются, за исключением явно указанных или очевидных для специалиста отличий). Обрабатываемый за 1 час объем балластной воды зависит от модели установленного реактора. Например, реактор на 6 дюймов обеззараживает до 320 куб. м балластной воды в час, а реактор на 10 дюймов - до 640 куб. м в час.

Автоматическое управление и дистанционный контроль позволяют команде корабля выполнять свои обычные обязанности во время забора балластной воды. Кроме того, благодаря сравнительно небольшому размеру, система идеально подходит для модернизации существующих кораблей. Для повышения выходной мощности реактора до скорости обеззараживания можно установить сразу несколько реакторов в коллекторе, приспосабливаясь к мощности конкретных балластных насосов, установленных на корабле. Также, благодаря модульной конструкции реактора, его модули можно разделять, что позволяет устанавливать их в несмежных или труднодоступных участках. В работе реактора 1 используются три процесса, а именно:

- введение озона;

- электролиз; и

- кавитация.

В предлагаемой системе обыкновенная работа этих процессов требует лишь энергии, вырабатываемой на самом корабле, и не требует никаких других материалов, кроме находящегося на корабле воздуха и обрабатываемой воды.

Озон обладает известными биоцидными свойствами, в частности разрушает стенки клеток, и поэтому уже давно используется для дезинфекции питьевой воды.

При электролизе морской воды выделяются различные газы, например водород и кислород, а также гипохлорит натрия и ограниченное количество тригалогенметанов и бромоформа. В частности, известны биоцидные свойства гипохлорита натрия. Кроме того, считается, что создаваемый в воде электрический ток также оказывает губительное воздействие на некоторые организмы.

Также считается, что введение газов в поток балластной воды перед кавитацией усиливает кавитацию и ее эффекты.

Термин «кавитация» описывает образование в жидкостях полостей, заполненных паром или газом, в том числе, хорошо известный эффект образования пузырьков при кипении воды при постоянном давлении, а также «шипение» шампанских вин и газированных безалкогольных напитков за счет диффузии растворенных в жидкости газов. В настоящем же изобретении используемая кавитация вызывается участками снижения давления, образуемыми за счет динамики потока балластной воды, при неизменной температуре среды. В данном случае кавитация характеризуется взрывным ростом и происходит в системе трубопроводов при определенных комбинациях низкого давления и высокой скорости потока.

Также предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения включает в себя фильтр 104, располагаемый в системе трубопроводов 100 перед попаданием балластной воды в балластные цистерны 102.

Реактор 1 (см. Фиг.2) изготавливается из нержавеющей стали 316L или любых других материалов, допустимых в изготовлении балластных трубопроводов, и состоит из четырех модулей, а именно: первого модуля 300, второго модуля 400, третьего модуля 500 и четвертого модуля 600. Модули соединятся между собой посредством болтов M12 из нержавеющей стали, гаек и шайб (на Фиг. не изображено). Герметичная водонепроницаемость достигается установкой между модулями водо- и химостойких уплотнений (на фиг. не изображено). Соединение с балластными трубопроводами 100 корабля производится через стандартные фланцы на входе 301 и выходе 601 из реактора 1. Для этих соединений предусматриваются водо- и химостойкие уплотнения. Все фланцы, соединения, уплотнения и сварные швы проверяются на совместимость и соответствие требованиям ИМО при конкретных величинах давления и температуры.

На внутренние поверхности реактора распыляется керамическое эпоксидное покрытие. Защитное покрытие выполняет сразу три функции:

- защита внутренних поверхностей реактора от коррозии, вызываемой морской водой;

- защита внутренних поверхностей от повреждений, вызываемых создаваемой в системе кавитацией; а также

- участие в обеззараживании балластной воды, благодаря созданию пьезоэлектрических сил, которые способствуют работе реактора.

Озон подается в первый модуль 300. Первый модуль 300 и второй модуль 400 - каждый имеет блок из пяти электродов (на фиг. электроды не изображены, они располагаются в специальных углублениях 302, 401). Каждый из модулей - второй 400, третий 500 и четвертый 600 - содержит кавитационные пластины 403, 413 и 603, а второй 400 и четвертый 600 модули также имеют контрольные точки 402 и 602, к которым подключаются датчики (значение рН и соленость воды) и в которых, при необходимости, можно осуществлять забор проб воды.

Первый модуль 300, изображенный, в частности, на Фиг.5, соединяется с системой трубопроводов 100 с помощью фланца 301. В первом модуле 300 имеется впускная секция 303, диаметр которой, в основном, соответствует диаметру системы трубопроводов 100. Во впускной секции 303 имеется отверстие 304 для ввода озона, функционально связанное с генератором 202 озона. Для ввода озона в балластную воду используется инжектор Вентури (на Фиг. не изображено). После впускной секции 303 в первом модуле 300 располагается секция электрохимического реактора 305, в которой происходит электролиз. В начале секции электрохимического реактора 305 (по направлению потока) имеется кольцеобразная пластина 306, выступающая из впускной секции 303. После впускной секции 303 (по направлению потока) в секции электрохимического реактора 305 имеется цилиндрическая перегородка 307, выступающая из кольцеобразной пластины 306, которая образует секцию 308 коллектора, диаметр которой больше диаметра впускной секции 303. Далее по ходу потока в секции электрохимического реактора 305 располагается центральное звено 309 трубопровода и пять звеньев 302 трубопровода, расположенных по периферии и содержащих углубления для электродов, при этом все звенья гидравлически сообщаются с секцией коллектора 308. Первая кольцеобразная пластина 306 оснащена равномерно распределенными каналами (на Фиг. не изображено), расположение которых соответствует звеньям 302 трубопровода, содержащим углубления с электродами. В каждом из каналов устанавливается соответствующая крепежная плита для электродов (на Фиг. не изображено), на которой монтируется один или несколько электродов (на Фиг. не изображено). В рабочем состоянии, при установке крепежных плит для электродов в каналы, электроды проходят вдоль звеньев 302 труб, в которых расположены углубления для электродов. Такая конструкция секции электрохимического реактора обеспечивает беспрепятственный доступ к электродам для проведения технического обслуживания. В конце первого модуля 300 (по направлению потока) имеется фланец 310 с отверстиями 311, благодаря которым обеспечивается гидравлическое сообщение с центральным звеном 309 трубы и звеньями 302, содержащими углубления для электродов.

Второй модуль 400 содержит кавитационную камеру 404 и еще один электрохимический реактор 405. Второй модуль 400 имеет вход 406 и выход 407 (по направлению потока). На входе 406 второго модуля имеется фланец 408 для подключения к первому модулю 300. Кавитационная камера 404 имеет цилиндрическую секцию 409, диаметр которой, примерно совпадает с диаметром секции коллектора 308 первого модуля 300. После цилиндрической секции 409 в кавитационной камере 404 располагается секция 410 в форме усеченного конуса, диаметр которой уменьшается до совпадения с малым диаметром звена 411 трубопровода, диаметр которого совпадает с диаметром системы трубопроводов 100. Внутри кавитационной камеры 404 во втором модуле 400 имеются четыре стержня 412, расположенных параллельно продольной оси второго модуля 400, на которых устанавливается пара лопастных пластин 413 и пара кавитационных пластин 403. Лопастные пластины 412 имеют набор лопастей, установленных по периферии под углом, обеспечивающим спиралевидное вихревое воздействие на поток воды во время эксплуатации системы. В кавитационных пластинах 403 имеется множество маленьких отверстий (см. Фиг.6). Также имеются трубчатые вставки 414, которые задают положение лопастных пластин 412 и кавитационных пластин 403 вдоль стержней 412.

В стене кавитационной камеры 404 имеется контрольное отверстие 402.

Электрохимический реактор 405 второго модуля 400, в основном, является идентичным электрохимическому реактору 305 первого модуля 300.

Третий модуль 500 содержит расширенную трубу, образующую кавитационную камеру, диаметр которой соответствует диаметру цилиндрической секции 409. Третий модуль 500 содержит комплект кавитационных пластин 501. В изображенном варианте осуществления изобретения кавитационные пластины представляют собой массив секций, расположенных под углом. Хотя на фигурах острие наклонных секций направлено к входу, проведенные заявителями эксперименты показали, что такие кавитационные пластины наиболее эффективны при обратном расположении, т.е. острием к выходу (по направлению потока).

В четвертом модуле 600 имеется кавитационная камера 604, в основном идентичная кавитационной камере 404 второго модуля 400, при этом на концах имеются фланцы 605 и 606 для соединения с третьим модулем 500 и системой трубопроводов 100, соответственно. В четвертом модуле 600 также имеется контрольное отверстие 602.

На Фиг.10А, 10В и 10С изображены альтернативные варианты осуществления четвертого модуля. Эти варианты отличаются конфигурацией кавитационных пластин. Следует понимать, что различные конфигурации кавитационных пластин, описанные в данном документе, могут использоваться для всех видов частиц, применяющихся для создания эффекта кавитации.

Для удаления частиц, примесей и организмов из балластной воды используется система фильтрации 104 (BallastSafe BSFcH-1.0). Балластная вода прокачивается через фильтр 104 балластным насосом 103. Фильтр 104 может устанавливаться в системе трубопроводов в любой точке перед ответвлением трубопровода и до балластной цистерны 102. Система 104 фильтрации может подключаться к балластной системе трубопроводов 100 посредством стандартных фланцев или специальных муфтовых соединений. Балластная вода попадает в систему 104 фильтрации через входную трубу и сначала пропускается через грубое сито для удаления крупных частиц, после чего проходит через мелкое сито, предпочтительно 40 микрон. Очистка фильтров (сит) производится следующим образом:

- грубое сито промывается по соответствующей команде (рекомендованная частота - каждые четыре часа);

- мелкое сито промывается либо по соответствующей команде (рекомендованная частота - каждые два часа), либо когда перепад давления на сите достигает определенного значения.

Получаемый фильтрационный осадок можно сбрасывать прямо за борт.

На Фиг.11 изображена блок-схема модуля электрической панели 200 управления. В состав оборудования модуля электрической панели 200 управления входит программируемый логический контроллер (ПЛК) 203, распределительное устройство 204 управления, выпрямитель 205 и пара генераторов 202 озона с охладителями для управления и регулировки выработки озона и температуры. Модуль электрической панели управления 200 располагается в водонепроницаемом электрошкафу, соответствующем морским стандартам. Подача электропитания к модулю электрической панели 200 управления должна проводиться через распределительное устройство управления балластного насоса 103, с которым модуль взаимодействует. Такая схема обеспечивает готовность системы к работе сразу после запуска балластного насоса 103. ПЛК 203 управляет рабочим циклом, а также всеми контрольными и предупреждающими индикаторами реактора 1. ПЛК 203 предоставляет доступ ко всем функциям реактора 1. Имеющиеся на ПЛК выводы позволяют в режиме реального времени управлять реактором 1, а также отслеживать состояние его отдельных компонентов посредством персонального компьютера (ПК) 206, предоставляя тем самым полный контроль над реактором 1. Состояние электродов, температура воды, рабочее состояние реактора и расход балластной воды также отслеживаются посредством ПЛК 203 и поступают на ПК 206. ПЛК 203 может одновременно отслеживать восемь аналоговых контуров и шестнадцать цифровых входов, позволяя находить решения, отвечающие требованиям конкретного заказчика. При неисправностях ПЛК 203 включает звуковую и визуальную индикацию, которая воспроизводится на блоках 201 дистанционного контроля. Эти блоки могут устанавливаться, например, в месте установки реактора, в помещении управления балластом и на мостике. Ответные действия, например экстренная остановка реактора, открытие перепускного клапана и т.п., выполняются непосредственно из помещения управления балластом или мостика средствами блоков 201 дистанционного контроля. При необходимости ПЛК 203 можно связать с существующими цепями помещения управления балластом и напрямую с мостиком, предоставляя вахтенному офицеру полный контроль над реактором и операциями по забору балластной воды. Модуль электрической панели управления 200 оснащается выпрямителем 205 на 110 А/48 В, который подает питание на электроды реактора 1 через мощный электрический кабель постоянного тока. Выходная полярность на выпрямителе 205 переключается автоматически под управлением ПЛК 203. Смена полярности позволяет предотвратить образование осадка на электродах. В модуле электрической панели управления 200 устанавливаются два озонных генератора 202. Каждый генератор 202 содержит электронные монтажные платы, блок питания, высокочастотный трансформатор, электроды и озонный реактор (лампа коронного разряда). Имеется охладитель для поддержания температуры озонного генератора и окружающей среды.

Из генераторов 202 озон поступает в реактор 1 и вводится в балластную воду с помощью системы Вентури, которая начинает работать после запуска реактора. В этой системе озон удерживается в балластной воде и за считанные секунды в ней растворяется (в случае морской воды). Для подачи озона в реактор используется труба из ПТФЭ в оболочке из нержавеющей стали. Для предотвращения возврата озона обратно в систему подачи устанавливаются обратные клапаны. Таким образом, озон не попадает в воздух, что исключает или максимально снижает риск для команды корабля.

Охлаждение озонных генераторов 202 производится посредством системы с замкнутым циклом, которая содержит охладитель и теплообменный агрегат. В трубопроводе системы охлаждения используется труба с диаметром 10 мм и несколько обратных клапанов, которые гарантируют безопасность работы системы охлаждения. Система охлаждения приводится в действие с помощью электромагнита сразу после включения реактора 1. Следует отметить, что система охлаждения выполняет сразу две функции - она охлаждает и озонные генераторы, и воздух, из которого получают озон.

Озонные генераторы 202 имеют два типа входных разъемов для подачи охлаждающей воды и выходных разъемов для озона, т.е. либо ¼” (резьба трубная цилиндрическая), либо ¼” NPST (резьба трубная коническая).

В модуле 201 дистанционного контроля имеется интеллектуальный графический терминал с графическим дисплеем, который в совокупности с ПЛК 203 позволяет управлять системой и контролировать ее состояние.

Как правило, реактор 1 и фильтр 104 начинают работать автоматически при запуске соответствующего балластного насоса 103. Однако также предусмотрены ручные средства управления, которые могут использоваться во время технического обслуживания или в иных случаях, когда это необходимо команде корабля. Имеются следующие средства ручного управления:

- пуск/останов реактора;

- пуск/останов фильтра;

- открытие/закрытие перепускного клапана.

В следующих ситуациях появится визуальное предупреждение и сработает звуковой сигнал:

- остановка реактора;

- неисправность выпрямителя;

- неисправность электрода (либо требуется замена);

- перегрев;

- неисправность озонного генератора (O3 генератор 1 и O3 генератор 2).

Неисправность выпрямителя или генератора озона является критической ошибкой, так как в этом случае нарушается эффективность работы системы.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения реактор 1 устанавливается после кингстонной коробки 101 со стороны впуска/всасывания балластного насоса 103. Однако при необходимости реактор может устанавливаться и после балластного насоса 103. Реактор 1 может устанавливаться как вертикально, так и горизонтально. Для повышения выходной мощности реактора до скорости обеззараживания можно установить сразу несколько реакторов в коллекторе, приспосабливаясь к мощности конкретных балластных насосов, установленных на корабле. Фильтры 104 можно устанавливать как горизонтально, так и вертикально.

В изображенном варианте осуществления изобретения реактор и фильтр используют электропитание 400 В переменного тока, 60 Гц. Как уже было показано, потребление электроэнергии реактором и фильтром составляет около 7 кВт для 6-дюймовой системы. Естественно, потребляемая мощность может отличаться в зависимости от конфигурации судна и от величины расхода потока установленной на нем системы. Тем не менее, можно прогнозировать потребление электроэнергии в размере от 7 до 10 кВт из расчета на один 6-дюймовый реактор.

Отдельные модули легко переносятся с помощью подъемников или силами двух монтажников. Применения тяжеловесных грузоподъемных устройств не требуется, хотя для упрощения процедуры монтажа можно использовать цепную или электрическую таль с грузоподъемностью 500 кг.

При установке системы в уже существующие суда следует иметь в виду, что реактор 1 можно устанавливать в любом положении, то есть вертикально, горизонтально или под любым другим углом, в зависимости от доступного на корабле пространства. Угол установки не влияет на эксплуатационные качества реактора. Реактор имеет модульное исполнение и может поставляться в виде отдельных секций, которые доставляются к месту предполагаемой установки и собираются уже там, то есть значительные изменения структуры корабля не требуются. Если на судне нет достаточного пространства между кингстонной коробкой и балластным насосом, то реактор может устанавливаться после балластного насоса. Либо можно установить дополнительный трубопровод, ведущий в нужную область с последующим возвратом к балластному насосу. Следует иметь в виду, что при использовании такого варианта необходимо убедиться, что введение дополнительного трубопровода, изгибов труб и т.п. не будет негативно влиять на расход балластной воды в системе. В сложных случаях можно устанавливать все три камеры в различных секциях трубопровода. В этом случае следует учитывать вопрос подключения отдельных секций к источнику питания.

Заявитель провел различные испытания, результаты которых приведены в табличном виде на Фиг.14. На Фиг.14 описания «Камера 1», «Камера 2» и «Камера 3» относятся к первому модулю 300, второму модулю 400 и четвертому модулю 600, соответственно. Описание «Камера 4» относится к третьему модулю 500. Описание «О3» обозначает тесты, в которых в воду вводился озон. Описание «ТПТ» обозначает тесты, в которых использовался электролиз (сокращение ТПТ относится к используемому в испытаниях трансформатору/выпрямителю переменного тока). Заводской вариант реактора будет оснащаться выпрямителем, подающим на электроды ток с фиксированными оптимальными параметрами. Что касается теста 50в, следует отметить, что конфигурация диаметров различных секций внутри реактора создает эффект кавитации, несмотря на отсутствие кавитационных пластин. При испытаниях использовался 6-дюймовый реактор и насос на 45 кВт, обеспечивающий расход потока через реактор 220 куб. м в час, за исключением теста 58в, в котором использовался насос на 90 кВт, обеспечивающий расход потока через реактор 320 куб. м в час.

После проведения испытаний заявитель сделал вывод, что эффективность системы, основанной на кавитации, усиливается при дополнительном использовании электролиза с образованием гипохлорита натрия и других газов. Хотя проведенные на базе морской воды испытания не дали однозначного ответа на то, будет ли дополнительное введение озона в воду в предложенных заявителем объемах повышать эффект описываемой комбинации кавитации и электролиза, заявитель полагает, что введение озона увеличит эффективность системы при использовании в пресноводных водоемах, так как в этом случае при электролизе образуется меньшее количество биоцидных газов, вплоть до полного отсутствия таких газов. Кроме того, при использовании озона в совокупности с эффектом кавитации для достижения требуемого коэффициента уничтожения организмов требуется значительно меньшая доза биоцидного газа, нежели в системах известного уровня техники. Такой результат позволяет снизить энергопотребление и использовать меньшее количество потенциально опасных химических веществ.

Несмотря на то, что заявка описывает конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам будет ясно, что возможны другие варианты в пределах сущности и объема изобретения.

Claims

1. Способ для уменьшения количества водных организмов, присутствующих в некотором объеме воды, содержащейся в балластной цистерне судна, согласно которому забирают воду, загрязненную водными организмами, и прогоняют ее через протяженную систему трубопроводов, при этом объемный расход воды одинаков во всех точках системы, а вода в каждой точке системы имеет гидростатический напор и скоростной напор, после чего вода направляется в цистерну, отличающийся тем, что в воду вводят озон в количестве от 0,001 до 0,1 г/л, электролизуя воду в реакторе, где вода является морской, в воду вводят гипохлорит натрия в количестве от 0,4 до 1,0 мг/л и прокачивают воду через реактор, имеющий такую систему трубопроводов различного диаметра, в которой гидростатический напор воды уменьшается до уровня ниже атмосферного давления в первой точке системы, и благодаря увеличению скоростного напора воды в этой точке происходит кавитация воды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду прокачивают через реактор посредством насоса, расположенного в системе трубопроводов после реактора по направлению потока.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду прокачивают через реактор со средней скоростью от 2 до 3,5 м/с.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду прокачивают через реактор с объемным расходом потока от 160 до 320 м³/ч.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду прокачивают через реактор с объемным расходом потока от 450 до 1000 м³/ч.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что размеры и конфигурация реактора выбраны так, чтобы вызывать кавитацию воды, непрерывно или периодически, на участке от 2 до 3 м по ходу тока воды через систему трубопроводов.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что размеры и конфигурация реактора выбраны так, чтобы вызывать кавитацию воды, непрерывно или периодически, в течение от 1 до 5 с.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в воду вводят озон в количестве около 0,01 г/л.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что озон производят непосредственно на корабле.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что озон получают методом коронного разряда.

11. Способ по п.7, отличающийся тем, что озон вводят в воду до ее кавитации.

12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что он включает шаг снижения концентрации живых организмов до достижения критериев, указанных в положении D-2 приложения «Нормы регуляции и контроля балластных вод и отложений» к принятой ИМО Конвенции по балластной воде 2004 года, посредством создания в воде эффекта кавитации с помощью процессов кавитации и электролиза, после чего обеззараженная вода подается в балластную цистерну корабля.

13. Устройство для уменьшения количества водных организмов в некотором объеме воды, содержащейся в балластной цистерне судна, содержащее реактор с протяженной системой трубопроводов с началом и концом, конфигурация которой обеспечивает постоянный объемный расход протекающей через реактор воды, отличающееся тем, что реактор содержит, по меньшей мере, одну пару электродов, расположенных внутри системы трубопроводов, настроенных так, чтобы вызвать электрический ток в воде, протекающей в системе трубопроводов, чтобы подвергнуть электролизу морскую воду и чтобы ввести гипохлорит натрия в воду в количестве от 0,4 до 1,0 мг/л, а также включает средства для введения в воду озона в количестве от 0,001 до 0,1 г/л, при этом система трубопроводов разделяется на зоны, в том числе: первая коническая зона, в основном, в виде усеченного конуса, имеющая выход, образующий первое отверстие с первым диаметром, а также вход, образующий второе отверстие со вторым диаметром, который больше первого диаметра; первая реакторная зона, в основном, цилиндрической формы, с третьим диаметром, который больше первого диаметра, при этом первая реакторная зона соединяется с выходом первой конической зоны посредством радиально расположенного соединительного патрубка так, что диаметр системы трубопроводов резко увеличивается непосредственно после первого отверстия конической зоны; при этом размер первого диаметра выбран таким образом, чтобы начать кавитацию в воде, протекающей по системе трубопроводов.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что оно содержит насос, который располагается в системе трубопроводов после реактора.

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что оно включает средство для осуществления коронного разряда, генерирующего озон.

16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что размеры и конфигурация реактора выбраны так, чтобы вызывать кавитацию воды, непрерывно или периодически, на участке от 2 до 3 метров по ходу тока воды через систему труб.

17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что размеры и конфигурация реактора выбраны так, чтобы вызывать кавитацию воды, непрерывно или периодически, в течение от 1 до 5 с.

18. Устройство по п.13, отличающееся тем, что реактор состоит из нескольких модулей, каждый из которых содержит что-либо из следующего: не менее одной пары электродов, предназначенных для электролиза протекающей через реактор воды; средство для создания эффекта кавитации в потоке воды; либо средство введения в воду озона.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что реактор состоит из нескольких таких модулей, последовательно соединенных друг с другом.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что реактор состоит из нескольких подобных модулей, последовательно соединяемых с участком трубопровода, связывающего данный модуль со следующим.

21. Устройство, содержащее несколько устройств по п.14, подключаемых параллельно посредством коллектора.