RU2676738C1 - Способ предотвращения биообрастания на водозаборах - Google Patents

Способ предотвращения биообрастания на водозаборах Download PDF

Info

Publication number
RU2676738C1
RU2676738C1 RU2018103614A RU2018103614A RU2676738C1 RU 2676738 C1 RU2676738 C1 RU 2676738C1 RU 2018103614 A RU2018103614 A RU 2018103614A RU 2018103614 A RU2018103614 A RU 2018103614A RU 2676738 C1 RU2676738 C1 RU 2676738C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
pipeline
biofouling
electrode
potential
Prior art date
Application number
RU2018103614A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Иванович Стоянов
Михаил Юрьевич Калиниченко
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Priority to RU2018103614A priority Critical patent/RU2676738C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2676738C1 publication Critical patent/RU2676738C1/ru

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02BHYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B9/00Water-power plants; Layout, construction or equipment, methods of, or apparatus for, making same
    • E02B9/02Water-ways
    • E02B9/04Free-flow canals or flumes; Intakes
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02BHYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B8/00Details of barrages or weirs ; Energy dissipating devices carried by lock or dry-dock gates
    • E02B8/08Fish passes or other means providing for migration of fish; Passages for rafts or boats
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам предотвращения биообрастания на водозаборах систем водоснабжения и систем охлаждения конденсаторов тепловых электростанций. Электрическую станцию защиты постоянного тока подключают «плюсовым» электродом к защищаемому от биообрастания металлическому трубопроводу через протектор, который предотвращает анодное разрушение металлического трубопровода, а «минусовой» электрод подключают к катоду. Электрический потенциал на электродах не должен превышать значения стандартного электродного потенциала материала трубопровода. Вследствие притяжения молекул воды к заряженным поверхностям происходит формирование нескольких устойчивых слоев из одинаково ориентированных молекул воды. Так у поверхностей трубопроводов создается несколько слоев чистой (на молекулярном уровне) воды, которые представляют для грибков и бактерий (в том числе дрейссены) устойчивую преграду, которая препятствует закреплению микроорганизмов на поверхности трубопровода вследствие их положительного заряда. 1 ил.

Description

Изобретение относится к способам предотвращения биообрастания на водозаборах систем водоснабжения и систем охлаждения конденсаторов тепловых электростанций.
Трубопроводы на водозаборах (особенно на зарегулированных источниках) подвержены внутреннему обрастанию гидробионтами, среди которых наиболее часто присутствуют моллюски дрейссены. Обрастание это нередко бывает значительным, что приводит к критическим потерям напора во всасывающей системе водозабора и к угрозе остановки насосных станций. В системе водоснабжения личинки дрейссены редко перемещаются самостоятельно, а в основном - под влиянием потока воды. Процесс колонизации новых поверхностей начинают мелкие микроорганизмы (грибки и бактерии). Они очень быстро покрывают все доступные поверхности трубопроводов, образуя тонкую пленку, напоминающую прозрачный гель.
Слой дрейссены на внутренних стенках трубопроводов достигает 7…10 см, а масса обрастаний до 7 кг/м2. При таком обрастании существенно возрастает сопротивление трубопроводов, что влечет дополнительные расходы электроэнергии на подачу воды. В связи с этим борьбу с дрейссеной на действующих водозаборах необходимо рассматривать не только как средство обеспечения бесперебойного водоснабжения, но и как меру экономии электроэнергии. Отсюда видно, насколько важно предотвратить попадание гидробионтов в водоприемные устройства [Багоцкий Ю.Б., Вельмина Е.С. Борьба с биообрастаниями на водопроводных станциях. - В кн.: Повышение качества питьевой воды (Материалы семинара в Московском Доме научно-технической пропаганды им. Ф.Э. Дзержинского). М., 1977, 160 с.].
Известны способы предотвращения биообрастания на водозаборах в практике коммунального водоснабжения, при которых используют реагентные (хлорирование, озонирование, воздействие препаратами серебра) методы обеззараживания воды. Должный эффект достигается внесением в воду биологически активных химических соединений [Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: В 3-х т. - Т. 2. Очистка и кондиционирование природных вод / Научно-методическое руководство и общая редактура д-ра техн. наук, проф. Журбы М.Г. Вологда-Москва: ВоГТУ, 2001. - 324 с.].
Недостатком известных способов является присутствие в обработанной воде свободного хлора, ухудшающее ее органолептические свойства и являющееся причиной образования побочных галогенсодержащих соединений. В настоящее время для обеззараживания питьевой воды также предлагается применение диоксида хлора (ClO2), который обладает рядом преимуществ по сравнению с хлорированием, таких как: более высокое бактерицидное и дезодорирующее действие, отсутствие в продуктах обработки хлорорганических соединений, улучшение органолептических качеств воды, отсутствие необходимости перевозки жидкого хлора. Однако диоксид хлора дорог и должен производиться на месте по достаточно сложной технологии. Его применение имеет перспективу для установок относительно небольшой производительности. При химических способах обеззараживания питьевой воды для достижения стойкого обеззараживающего эффекта необходимо правильно определить дозу вводимого реагента и обеспечить достаточную длительность его контакта с водой. Доза реагента определяется пробным обеззараживанием или расчетными методами. Для поддержания необходимого эффекта при химических способах обеззараживания питьевой воды доза реагента рассчитывается с избытком (остаточный хлор, остаточный озон), гарантирующим уничтожение микроорганизмов, попадающих в воду некоторое время после обеззараживания.
Известны также безреагентные (ультрафиолетовые лучи, воздействие импульсными электрическими разрядами, гамма-лучами и др.) методы обеззараживания воды [Рябченко В.А., Русанова Н.А., Коробейникова Л.И. Современные методы борьбы с биологическими обрастаниями и отложениями в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения. Обзорная информация ЦБНТИ МЖКХ РСФСР, серия «Водоснабжение и канализация», вып. 1 (32). - М. 1976, 64 с.].
Недостатком известных способов является то, что необходимо подвести к единице объема воды заданное количество энергии, определяемое как произведение интенсивности воздействия (мощности излучения) на время контакта. Технологии являются энергоемкими и экономически затратными.
Известен патент на изобретение №2622886 «Способы защиты от обрастания и защиты рыб и рыбозащитное устройство комплексного воздействия». Устройство включает водопроницаемый экран, состоящий из кассет, выполненных из электропроводящего материала и изолированных друг от друга, и электронное оборудование. На кассеты подается электрический ток, причем катодом поочередно становится одна кассета или группа из двух и более кассет, а все оставшиеся или некоторые из оставшихся кассет становятся анодом. Затем катодом поочередно становится каждая последующая кассета или последующая группа кассет по цепочке, или через одну кассету или группу кассет, или в шахматном порядке. Способ защиты от биологического обрастания предусматривает подачу импульсного тока между кассетами. Способ защиты от биологического обрастания и защиты рыб от попадания в водозаборное сооружение предусматривает подачу импульсного тока с перемещением максимума катодного потенциала вдоль водопроницаемого экрана. Группа изобретений обеспечивает повышение эффективности рыбозащитного оборудования.
Задачей данного патента является обеспечение комплексной работы устройства, позволяющей защитить конструкции рыбозащитного устройства и водозаборов (трубопроводов, кабелей и т.д.) от биологического обрастания и повысить эффективность защиты рыб и других гидробионтов, обитающих в акватории действия водозаборного сооружения, и предотвратить их гибель вследствие попадания в водозабор, предотвратить попадание в водозабор мусора, льда, шуги, которые могут вызвать выход из строя насосного оборудования, т.е. обеспечивает другие задачи.
Известен способ, позволяющий на основе активации поверхности решетки оголовка ВЗС анодным током, получать в диффузионном слое вещества класса ферроценов, способных обеспечить защиту металлической решетки от биообрастания [Болеев А.А. Предотвращение биологического обрастания металлических конструкций оголовка водозаборных сооружений/Авторефератдисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Волгоград, 2013. Ю.И. Олянский, А.А. Болеев, А.А. Сахарова, Д.О. Игнаткина, П.Ф. Юрин, А.А. Войтюк. Способ повышения надежности функционирования систем водного хозяйства. Интернет-Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2013. Вып. 2(27)].
Недостатком способа является анодное разрушение металла трубопровода и высокий расход электроэнергии.
Наиболее близким к предложенному устройству является используемое для предотвращения биообрастания на водозаборах устройство Акваклер [ООО «Гидрофлоу», www.h-flow.ru]. Данная технология базируется на применении генератора высокочастотных электромагнитных импульсов, работой которого управляет микропроцессор. Устройством формируются импульсы переменной частоты, имеющие форму экспоненциально-затухающей синусоиды. Передача электромагнитного поля в трубопровод осуществляется с помощью магнитопровода из ферритовых пластин, который собирается вокруг трубопровода. В трубопроводе наводится ЭДС самоиндукции и возникает вторичное (собственное) электромагнитное поле. При помощи постоянно корректируемых импульсов устройство обеспечивает возникновение и поддержание электромагнитного резонанса с эффектом «стоячей волны». Электромагнитное поле сообщает электрический заряд находящимся в воде микроорганизмам, и те гибнут. При работе Акваклер внутренние поверхности трубопроводов приобретают слабый положительный заряд. Вследствие притяжения молекул воды к заряженным поверхностям происходит формирование нескольких устойчивых слоев из одинаково ориентированных молекул воды. Так у поверхностей трубопроводов создается несколько слоев чистой (на молекулярном уровне) воды, которые представляют для грибков и бактерий устойчивую преграду, которая препятствует закреплению микроорганизмов на поверхности.
Недостатком аналога является то, что трубопровод, приобретая положительный потенциал, подвергается анодному разрушению.
Технический результат предлагаемого способа заключается в предотвращении анодного разрушения трубопровода при обеспечении очистки трубопровода водозабора от биоотложений (в том числе дрейссены), а также в уменьшении арсенала специальных технических средств для осуществления очистки трубопровода водозабора от биоотложений и отсутствии необходимости перестраивать технологический процесс.
Указанный технический результат заявляемого способа достигается тем, что электрическую станцию защиты постоянного тока подключают «плюсовым» электродом к защищаемому от биообрастания металлическому трубопроводу, а «минусовой» электрод подключают к катоду, при этом «плюсовой» электрод подключают к защищаемому от биообрастания металлическому трубопроводу через протектор, который предотвращает анодное разрушение металлического трубопровода. При этом электрический потенциал на электродах не должно превышать значения стандартного электродного потенциала материала трубопровода. Это связано с тем, что электрохимическая коррозия наблюдается при контакте двух разнородных металлов. В электролите они образуют гальванопару. Более электроотрицательный из них будет анодом. Анод в процессе будет постепенно растворяться. При этом идет замедление или даже полное прекращение электрохимической коррозии на катоде (более электроположительном). Например, при контакте в воде дюралюминия с никелем интенсивно растворяться будет именно дюралюминий.
Мембранной теорией биопотенциалов доказано, что в основе биопотенциалов лежит пространственное разделение положительных и отрицательных электрических зарядов между наружной и внутренней поверхностью мембраны любой клетки. В состоянии покоя наружная поверхность клетки всегда заряжена положительно, а внутренняя -отрицательно, и такой трансмембранный «потенциал покоя» составляет порядка 0,05-0,09 В.
Вследствие притяжения молекул воды к заряженным поверхностям происходит формирование нескольких устойчивых слоев из одинаково ориентированных молекул воды. Так у поверхностей трубопроводов создается несколько слоев чистой (на молекулярном уровне) воды, которые представляют для грибков и бактерий (в том числе дрейссены) устойчивую преграду, которая препятствует закреплению микроорганизмов на поверхности трубопровода вследствие их положительного заряда.
Технико-экономический эффект заключается в сокращении расхода электроэнергии на перекачивание воды насосами из-за отсутствия обрастания трубопровода биозагрязнениями (в том числе дрейссеной), а также снижении затрат на эксплуатацию и очистку трубопровода водозабора от биоотложений (в том числе дрейссены). Способ осуществляется на серийно выпускаемом оборудовании.
На фиг. 1 показана принципиальная схема осуществления способа предотвращения биообрастания на водозаборах. Схема включает в себя следующие элементы: 1 - металлический трубопровод водозабора; 2 - протектор; 3 - электрическая станция защиты постоянного тока; 4 - катод с внутренним размещением; 5 - катод с внешним размещением.
Способ осуществляется следующим образом.
К защищаемому от биообрастания (в том числе дрейссены) металлическому трубопроводу водозабора 1 через протектор 2 «плюсовым» электродом подключают электрическую станцию защиты постоянного тока 3, в качестве которой может быть применена серийно выпускаемая станция катодной защиты, используемая для катодной защиты газопроводов (например, Тверца- 900), а «минусовой» электрод подключают к катоду (катод может быть размещен как внутри трубопровода 4, так и снаружи 5, в виде траншейного заземлителя. В стесненных условиях, имея ввиду, что расстояние между электродами может превышать 7 м, изготавливают вертикальный катодный заземлитель, где не требуются траншейные, но необходимы уже более дорогие работы - бурение скважин.
Электрический потенциал на электродах не должен превышать значения стандартного электродного потенциала материала трубопровода (например, для Fe = -0,44 В). При этом, «плюсовой» электрод подключают к защищаемому от биообрастания трубопроводу через протектор, который изготавливают из сплавов на основе магния, алюминияилицинка, обладающих стабильным во время эксплуатации электродным потенциалом более отрицательным, чем потенциал защищаемого трубопровода (например, цинковый протектор), который предотвращает анодное разрушение трубопровода. (Например, анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла. По отношению к стали анодными покрытиями являются цинковое, кадмиевое, марганцевое и др. В случаях применения анодных покрытий условие сплошности необязательно. При наличии дефектов в покрытии при действии агрессивных растворов возникает коррозионный гальванический элемент, в котором основной металл будет катодом, а металл покрытия - анодом, поэтому защищаемое изделие не будет корродировать).
Создаваемые у поверхности защищаемого трубопровода несколько слоев чистой (на молекулярном уровне) воды, представляют для грибков и бактерий (в том числе дрейссены) устойчивую преграду, которая препятствует закреплению микроорганизмов (в том числе дрейссены) на поверхности трубопровода вследствие их положительного заряда.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет, подавляя сами бактерии и не давая им закрепиться на стенках трубопроводов, препятствует образованию биопленки (в том числе дрейссены).
Технико-экономический эффект представлен на примере МУП «Водоканал» г. Ставрополя, который на борьбу со зловредными моллюсками ежегодно тратит до 50 миллионов рублей (http://www.water26.ru/index.php/information/news/item/5-den-sengileevskogo-vodokhranilishcha), (дополнительные расходы на электроэнергию, возникающие вследствие увеличения сопротивления трубопроводов из-за обрастания дрейссеной слоем, толщиной 10-15 см за год, а также на очистку трубопроводов от этих отложений).

Claims (1)

  1. Способ предотвращения биообрастания на водозаборах с металлическим трубопроводом, в котором электрическую станцию защиты постоянного тока подключают «плюсовым» электродом через протектор к защищаемому от биообрастания металлическому трубопроводу, а «минусовой» электрод подключают к катоду, при этом электрический потенциал на электродах не должен превышать значения стандартного электродного потенциала материала трубопровода.
RU2018103614A 2018-01-30 2018-01-30 Способ предотвращения биообрастания на водозаборах RU2676738C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018103614A RU2676738C1 (ru) 2018-01-30 2018-01-30 Способ предотвращения биообрастания на водозаборах

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018103614A RU2676738C1 (ru) 2018-01-30 2018-01-30 Способ предотвращения биообрастания на водозаборах

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2676738C1 true RU2676738C1 (ru) 2019-01-10

Family

ID=64958691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018103614A RU2676738C1 (ru) 2018-01-30 2018-01-30 Способ предотвращения биообрастания на водозаборах

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2676738C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2113544C1 (ru) * 1995-01-04 1998-06-20 Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" Комплексная защита от коррозии и обрастания (варианты)
CN101434430A (zh) * 2008-03-28 2009-05-20 曹学磊 一种微电流电解灭菌除藻装置
CN102616894A (zh) * 2012-04-25 2012-08-01 哈尔滨工业大学 一种用于去除给水水体中藻类的管道式电化学除藻设备
RU2622886C2 (ru) * 2016-03-28 2017-06-21 Общество с ограниченной ответственностью "Осанна" (ООО "Осанна") Способы защиты от обрастания и защиты рыб и рыбозащитное устройство комплексного воздействия

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2113544C1 (ru) * 1995-01-04 1998-06-20 Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" Комплексная защита от коррозии и обрастания (варианты)
CN101434430A (zh) * 2008-03-28 2009-05-20 曹学磊 一种微电流电解灭菌除藻装置
CN102616894A (zh) * 2012-04-25 2012-08-01 哈尔滨工业大学 一种用于去除给水水体中藻类的管道式电化学除藻设备
RU2622886C2 (ru) * 2016-03-28 2017-06-21 Общество с ограниченной ответственностью "Осанна" (ООО "Осанна") Способы защиты от обрастания и защиты рыб и рыбозащитное устройство комплексного воздействия

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ООО "Гидрофлоу". Найдено из Интернет http://www.h-flow.ru/, дата размещения на сайте 21.02.2009, [найден 2018-10-26]. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102657897B1 (ko) 선박 평형수 생물-부착물(bio-fouling) 제어를 위해 중첩된 시변 주파수 전자기파를 적용하는 방법 및 시스템
EP3153474B1 (en) Sustainable system for treating water bodies affected by bacteria and microalgae at low cost
US5085753A (en) Water purifier
JP5127983B2 (ja) 一種の微電流電気分解滅菌滅藻装置と方法
US20070020158A1 (en) Photocatalyst water treating apparatus
US6287450B1 (en) Apparatus and method for purifying water with an immersed galvanic cell
WO2007015684A1 (en) Method and device for water treatment using an electromagnetic field
JP6270285B2 (ja) 水と接触する基材への水生生物の付着を防止するシステム及び方法
CN101218178A (zh) 使用阳极除去或减少液体中的微生物杂质
US7241390B2 (en) Method and system for biologic decontamination of a vessel's ballast water
RU2676738C1 (ru) Способ предотвращения биообрастания на водозаборах
KR101028360B1 (ko) 가상 전극을 이용한 밸러스트수 처리장치
EP1592611A1 (en) Anti-fouling and eliminating system against aquatic organisms
EP2052793A1 (en) System and method for cleaning a beer line, for instance in a beer tap installation
US6852236B2 (en) Method and apparatus for controlling water system fouling
US6800207B2 (en) Method and apparatus for controlling water system fouling
JP2004132592A (ja) 電気化学的水処理方法及び水処理システム
CN106222692B (zh) 基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置及其实现方法
KR101063572B1 (ko) 음전극판 보호부재를 설치한 전기분해장치
JP2013086031A (ja) 水処理用電極と水処理装置
CA2094348C (en) Method to prevent adherence of marine organisms on surfaces of submerged components
CN209367860U (zh) 一种用于细菌、藻类的控制装置
JP2009160557A (ja) 海洋微生物殺菌装置および海洋微生物殺菌方法
JPH0957273A (ja) 磁気処理水製造装置
EP1342696B1 (en) Method and apparatus for controlling water system fouling