Создана технология, позволяющая предотвратить биообрастание судов
Centr86.ru

Ремонт бытовой техники

Создана технология, позволяющая предотвратить биообрастание судов

Противокоррозионные противообрастающие покрытия: пути совершенствования

Защита сооружений от биологического повреждения и обрастания

Металлоконструкции, оборудование, суда, портовые и гидротехнические сооружения, другие объекты, эксплуатирующиеся в речной или морской воде, через некоторое время подвергаются воздействию обитателей водной среды. Поверхность обрастает водорослями, к ней прикрепляются различные мелкие морские организмы. Обрастание водорослями и микроорганизмами становится причиной усиления процессов коррозии металла в водной агрессивной среде, которая приводит к преждевременному разрушению объектов.

Биообрастание создает целый ряд проблем при эксплуатации — от снижения эффективности использования топлива до потери работоспособности конструкции. Только учтенные потери от биоповреждений составляют 5-7% стоимости мировой промышленной продукции, и они постепенно растут.

Экономические и экологические последствия биокоррозии могут быть достаточно ощутимыми, если принять во внимание следующие негативные факты, имеющие место при обрастании:

  • высокая стоимость постановки судна в док (свыше 1 млн евро в день);
  • корабль служит с меньшей эффективностью и безопасностью;
  • при обрастании корабля потребление топлива увеличивается более чем на 40%;
  • агрессивные виды обрастаний могут внедряться в новые экосистемы и быть причиной разрушения этих систем.

В связи с вышесказанным большое значение приобретает защита сооружений от биологического повреждения и обрастания.

Обычная практика предотвращения обрастания водорослями и морскими организмами — окрашивание поверхности таких объектов специальными ЛКМ, которые подразделяются на следующие категории:

  • биоцидные контактного действия
  • предотвращающие обрастание (самоочищающиеся).

Биоцидные лакокрасочные материалы (ЛКМ)

В биоцидные ЛКМ вводят антифоулянты — средства, ингибирующие биологическое обрастание вследствие своей высокой токсичности. ЛКМ, предотвращающие обрастание, не содержащие антифоулянтов, предусматривают применение полимера, растворимого в морской воде, с жестко контролируемой скоростью полировании и увеличением механической прочности этих материалов.

Самоочищающиеся лакокрасочные материалы (ЛКМ)

Раньше проблема противообрастапия успешно решалась применением самоочищающихся покрытий с контролируемым высвобождением токсина трибутилолова. Данный биоцид был чрезвычайно эффективен. Однако этот токсичный и стойкий материал использовался настолько широко, что его накопление в морской экосистеме стало угрожающим. Международная морская организация по контролю за вредными противообрастающими системами на судах (IMO) приняла Международную конвенцию об ограничении, начинал с 2003 г., применения необрастающих систем, содержащих трибутилолово и другие оловоорганические биоциды. С 2008 г. эти биоциды были запрещены.

В связи с этим обстоятельством стали разрабатываться новые виды лакокрасочных материалов, в первую очередь самополирующиеся противообрастающие покрытия, не содержащие в своем составе оловоорганических биоцидов, с жестко контролируемой скоростью полирования. В качестве самополирующейся пленкообразующей основы применялась канифоль, а в качестве основного биоцида в таких составах используются закись меди и другие медьсодержащие соединения.

В сочетании с закисью меди применяются и органические биоциды, такие как диурон и цинеб. Однако срок службы таких покрытий между докованиями, даже в случае применения упрочняющих покрытие волокон, составляет максимум 5 лет, а в обычной практике — 2–3 года, что связано с механизмом действия покрытия: растворением полимера в воде для получения эффекта полирования.

Кроме того, хотя медь менее токсична, чем трибутилолово, экологи прогнозируют что и для нее, в конечном счете, надо будет через 2–3 года искать альтернативу.

Таким образом, при наличии действующего запрета на использование оловоорганических противообрастающих веществ и ограничений использования других биоцидных материалов, нет уверенности относительно допустимых сроков применения меди в рецептурах противообрастающих ЛКМ. Поэтому актуальна разработка мало- или нетоксичных противообрастающих покрытий.

Современные экологические требования к разработке новых антикоррозионных противообрастащих покрытий

Современные экологические требования при разработке новых противокоррозионно-противообрастающих покрытий сводятся к следующему:

  • полное запрещение, в соответствии с решением OOH (IMO Convention), использования оловосодержащих противообрастающих покрытий, как наиболее опасных для окружающей среды;
  • разработка и использование в противообрастающих покрытиях новых малотоксичных биоцидов, не содержащих тяжелых металлов;
  • создание противообрастающих покрытий, токсичные компоненты которых в морской воде быстро (например, в течение не более 12 ч.) теряют свою биологическую активность;
  • разработка покрытий с замедленным выделением из них в окружающую среду вредных компонентов, что обеспечит снижение их концентрации в морской воде.

Существует два основных подхода к выполнению указанных выше требований: создание очень скользкой поверхности покрытия, к которой не могут прикрепиться морские организмы, или же использование в покрытиях биоцидов, поддающихся биологическому разложению, которые будут медленно выщелачивания из покрытий.

Таким образом, исходя из изложенных выше требований, есть два направления разработки защиты от коррозии и биообрастания объектов, эксплуатирующихся в условиях воздействия пресной и морской воды:

  1. Создание покрытий с пониженной поверхностной энергией — гидрофобных, со скользкой поверхностью, которая препятствует обрастанию (налипанию на лакокрасочное покрытие микро- и макроорганизмов), благодаря чему в такие покрытия не добавляют биоцидные добавки (безбиоцидная защита);
  2. Использование новых высокоэффективных экологически безопасных биоцидов с пониженной токсичностью и регулируемой скоростью выщелачивания биоцида, что позволяет существенно увеличить срок службы биоцидного покрытия.

Безбиоцидная защита с применением лакокрасочных материалов

Безбиоцидная защита — новый подход к поддержанию чистоты подводных поверхностей судов, он заключается в использовании нетоксичных покрытий, с которых наслоения легко удаляются механически, часто просто встречной водой при движении судна. Эта технология покрытий, предотвращающих биообрастание, основана главным образом на поверхностной химии силоксанов, к которым слабо прикрепляются биоорганизмы. В состав таких покрытий обычно входит полидиметилсилоксан с функциональными силанольными группами (SiOH), диоксид кремния, катализаторы и силаны с алкоксильными группами или силикатный сшивающий агент. Благодаря гладкости и низкой поверхностной энергии на такое покрытие не налипают морские организмы. Повышенная гладкость покрытия также способствует повышению скоростных характеристик судов и обеспечивает экономию топлива.

Основным пленкообразователем таких лакокрасочных композиций являются силиконовые эластомеры, в том числе фторированные, а также среднемолекулярные фторэпоксидные смолы, отверждаемые аминосиликоновыми соединениями и образующие покрытия с отличными физико-механическими и защитными свойствами, обеспечивающими длительный срок службы при их эксплуатации в воде и предохраняющие поверхности от биообрастания.

Фторированные или кремниевые добавки широко используются в качестве средств снижения поверхностного или межфазного натяжения в покрытиях при низких количествах введения, поскольку они легко мигрируют на поверхность во время отверждения. Но покрытия этого типа эффективны для использования в качестве противообрастающих веществ на быстропередвигающихся судах, где поток воды позволяет смывать прикрепленные организмы. Общее правило заключается в том, что для того чтобы сделать эти покрытия эффективными, нужна скорость, превышающая 18 узлов, именно поэтому они используются на быстроходных судах.

Известны покрытия с исключительно низким поверхностным натяжением или покрытия, которые медленно выщелачивают силоксановые компоненты, благодаря чему поверхность покрытия остается активной.

К числу трудностей, которые встречаются при производстве покрытий данного тина, относится способность поверхности покрытия изменяться со временем. Это выражается в том, что поверхностное натяжение на только что смоченной чистой водой поверхности может существенно отличаться от поверхностного натяжения на поверхности, которая течение нескольких дней была погружена в воду.

Такое изменение свойств поверхности выражается в снижении межфазового натяжения, что в свою очередь позволяет микроорганизмам легче прикрепляться к покрытию. Масштабы и скорость такого изменения зависят от состава покрытия: они ниже у твердых высокосшитых покрытий.

Из промышленно выпускаемых безбиоцидных противообрастающих лакокрасочных составов с использованием силиконовых технологий известны покрытия Intersleek компании Akzo Nobel и Hempasil X3 компании Hempel, SeaLion компании Jotun, отличающиеся низкой поверхностной энергией и гладкостью поверхности покрытия.

Повышение биостойкости возможно также за счет использования новых высокоэффективных экологически безопасных биоцидов с пониженной токсичностью.

Покрытия на основе применяемых в настоящее время эмалей в начальный период эксплуатации характеризуются чрезмерно высокой скоростью выщелачивания токсинов, причем около 25—30% токсинов расходуется непроизводительно. При разработке ЛКМ с регулируемой скоростью выщелачивания биоцида одним из наиболее перспективных путей создания противообрастающих покрытий является применение диффузионных поверхностных слоев. При этом гидрофильность поверхностного слоя и его пористость можно регулировать, изменяя соотношение гидрофильных и гидрофобных компонентов в пленке. Гидрофильные компоненты могут иметь различную растворимость, отличаться в широких пределах по величине молекулярной массы, в ряде случаев они могут выполнять функции токсинов.

И в безбиоцидных покрытиях, и в покрытиях с биоцидами перспективно применение нанотехнологий, например, получение наноструктурированных поверхностей, либо применение нановеществ, действующих на наноуровне. Успешное решение задачи получения низкотоксичных биоцидов возможно при переходе к нанотехнологиям, что позволит изначально на микроуровне управлять морфологией частиц. Нановещество характеризуется особым распределением в нем атомов и электронов, что придает наночастице вещества особые свойства (минимальный объем, максимальную поверхностную энергию, особую энергетику и др.) в отличие от соединений аналогичной химической структуры с частицами больших размеров. За рубежом известны противообрастающие окрасочные системы, не содержащие биоциды, с наноструктурированной поверхностью, которая эффективно противостоит обрастанию морскими организмами.

Противообрастающие окрасочные системы для морских условий разрабатывались на основе фторполимера, эпоксидной смолы, наноразмерного диоксида титана, силиконовых и акриловых полимеров с радикалами, содержащими Cu или Zn. Имеются сведения о составах, содержащих наноразмерный оксид кремния для предотвращения биообрастания.

Возможно также применение в составе противообрастающих материалов безбиоцидпого действия эпоксисилоксаповых гибридных связующих, наполненных нанокомпонентами. Так, например, покрытия толщиной 375 нм, образованные наночастицами TiO2, (анатаза) диаметром 15–18 нм, приготовлены на поверхности нержавеющей стали золь-гелевым методом и гидрофобизированы самоупорядочивающимся слоем фторалкилсилана (контактный угол смачивания водой гидрофобизированного покрытия составил 150°). Морфология поверхности и структура покрытия исследованы методами сканирующей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа. По данным электрохимических измерений, покрытия проявили отличную коррозионную стойкость в хлоридном растворе при комнатной температуре.

Одним из новых направлений в использовании низкотоксичных биоцидов, по данным зарубежных публикаций, является применение ряда стандартных фармацевтических продуктов для использования их в качестве противообрастаютих агентов. Заметим, что совсем необязательно убивать морские организмы, достаточно не давать им садиться на поверхность покрытия. Оказалось, что группа продуктов, которую исследователи называют кетиминами и о которых известно, что они обладают низкой токсичностью благодаря своему фармацевтическому использованию, может использоваться в качестве биоцидов. Особенно эффективен медетомидин; была разработана система пролонгированной доставки лекарственного вещества, действие которой основано на адсорбции медетомидина на поверхности наночастиц оксидов металлов. Однако данные биоциды находятся в стадии начальной разработки и являются только примерами на пути к созданию покрытий, не представляющих опасности для окружающей среды и не содержащих токсичных веществ.

Читать еще:  Какой обогреватель лучше выбрать

Производства противообрастающих покрытий. Снижение риска воздействия биоцидов.

Биоциды, пригодные к использованию производителями краски, регулируются Директивой 98/8/EC о размещении на рынке биоцидных продуктов. Результатом принятия этой директивы стало сокращение количества сертифицированных биоцидов, допустимых для использования в противообрастающих покрытиях, всего до 12 активных веществ. Морские перевозки – это глобальная отрасль, в основе которой лежит концепция своевременной доставки. Поэтому неустойки за отступление от графика и повышенные расходы на топливо здесь не приемлемы. Необходимо было найти дополнительное решение для борьбы с обрастанием корпусов судов.

Рисунок 1. Циприсовидная личинка балянуса.

От НИОКР до коммерциализации

В феврале 2000 года биологи из Гётеборгского университета опубликовали научную статью о биологическом обрастании в шведских водах. Исследователи изучали, как можно использовать различные вещества, предотвращающие осаждение твердых загрязнений при растворении в морской воде. Предметом данного исследования стали балянусы Amphibalanus improvisus и образование их колоний в личиночной стадии на искусственных поверхностях (рисунок 1). Цель исследования состояла в том, чтобы определить активные соединения адренорецепторов, управляющие поведением личинок балянусов, чтобы препятствовать оседанию личинок беспозвоночных. Дальстром и соавт. (2000) обнаружили, что рецепторы личиночной стадии удивительно чувствительны к одному веществу − медетомидин (таблица 1). Это биологически активное вещество предотвращает попытки оседания личинок балянусов на твердых поверхностях. Кроме того, медетомидин отличался своим обратимым действием. Личинки, вступившие в контакт с этим веществом, по-прежнему могли в дальнейшем превратиться в молодые особи без видимых вредных последствий.

В сотрудничестве с двумя финскими университетами шведские исследователи обнаружили, что медетомидин может связываться с определенной группой рецепторов, октопаминовыми рецепторами. Рецепторы клонировали и установили причинно-следственную связь между рецептором и медетомидином. Дальнейшее изучение позволило исследователям найти зависимость между связыванием октопаминовых рецепторов и изменением поведения личинок на поверхности. Это объясняет высокую эффективность вещества в предотвращении оседания и сдерживании личинок балянусов при его использовании в составе противообрастающей краски без токсичного действия на самих усоногих.

При первоначальных испытаниях было сделано еще одно открытие. Примечательно, что полимерная пленка, содержащая медетомидин в концентрации, эквивалентной 0,02 массово-объемных процентов, отторгала 97% агрессивных усоногих через две недели и 96% через четыре недели. Других крупных обрастателей не было вообще. Кроме того, медетомидин отличается потенциалом для крупномасштабного синтеза: его склонность накапливаться на границе раздела твердой и жидкой фазы по всей поверхности.

Эти важные результаты исследований ускорили разработку первой в отрасли биотехнологии, направленной на предотвращение биообрастания. Компания I-Tech AB коммерциализировала использование медетомидина в морских покрытиях, обладая всеми правами на интеллектуальную собственность и нормативно-правовой базой на вещество, предотвращающее биологическое обрастание, под торговым названием Selektope. Сегодня компания I-Tech управляет самым крупным и эффективным производством медетомидина.

На данный момент медетомидин используется в самополирующихся покрытиях или в полимерных покрытиях с контролируемым высвобождением. Это биоцид, который обладает оптимальными противообрастающими свойствами при низких концентрациях (наномолярных). Для достижения полной защиты от обрастания балянусами в составе влажной краски должно быть 0,1-0,3 вес.%. Используется всего 2 г медетомидина на 1 л краски, что сопоставимо с 500- 700 г оксида меди на 1л краски, который используется для предотвращения прикрепления усоногих.

Selektope (медетомидин) поставляется производителям краски в виде порошка. Однако специалисты компании I-Tech советуют своим клиентам добавлять биоцид в виде раствора в подходящем растворителе, чтобы обеспечить непрерывное высвобождение и долговременный ресурс. Легче получить однородную смесь в краске, если продукт используется в виде раствора, а не добавляется в виде твердого порошка. Согласно рекомендациям I-Tech, биоцид также следует добавлять в начале производственного процесса, а не после изготовления состава.

В процессе производства краски используется защитная одежда, которая защищает персонал от вредного воздействия; это стандартное правило для работы с противообрастающими веществами. Чтобы предотвратить вредное воздействие, разработаны правила техники безопасности, применяемые в процессе производства и нанесения краски. В целях безопасности следует работать с веществом Selektope строго в соответствии с инструкциями и соблюдать процедуры индивидуальной защиты. Компания I-Tech следит за безопасностью посредством проведения регулярных проверок производителей и предоставления информации о безопасном обращении с данным веществом в процессе изготовления краски.

Тем не менее, чтобы дополнительно повысить безопасность в процессе производства противообрастающих покрытий, компания I-Tech разработала уникальное инновационное решение для беспыльного добавления медетомидина в жидкие краски.

В 2018 году компания I-Tech представила принципиально новый способ упаковки, который изменил текущее представление о добавлении биоцидов в процессе изготовления краски. Встроенная, беспыльная, растворимая система упаковки из вспенивающегося полистирола (ПСВ) позволяет производителям покрытий добавлять Selektope в краску в герметичном контейнере, не открывая его. Это обеспечивает беспыльную загрузку 100% порошкового материала Selektope в жидкую краску, полностью, исключая образование пыли. Контейнер из ПСВ полностью и почти мгновенно растворяется, не оставляя следов в системе покрытий. Это позволяет производителям наиболее эффективно использовать действующее вещество и повышать безопасность на предприятии.

Каждый контейнер из ПСВ снабжен навинчивающейся крышкой CurTec из полиэтилена повышенной плотности с фиксатором, что повышает ударопрочность и делает его надежным при транспортировке. Полная контейнерная система может содержать 300- 800 г Selektope (медетомидина) в виде сухого порошка, при этом вес самого контейнера из ПСВ очень мал ( 18 г ) (рисунок 2).

Официальный выход на рынок контейнеров из ПСВ компанией I-Tech AB сопровождался всесторонними испытаниями, которые подтвердили пригодность для использования в производственном процессе без ущерба для характеристик краски. Поскольку полистирол становится неотъемлемой частью лакокрасочной системы, для контейнеров использовался ПСВ особого качества, полностью одобренный несколькими мировыми лакокрасочными компаниями. Кроме того, полное растворение ПСВ способствует сокращению отходов и повышает эффективность использования Selektope.

В последние годы компания I-Tech успешно расширила производство по своей уникальной технологии от объемов, измеряемых в килограммах, до надежной производственной платформы по изготовлению нескольких тонн продукции. Эта инновация в сфере упаковки биоцидов от компании I-Tech способствует безопасному использованию Selektope и кардинально меняет способ добавления биоцидов в процессе производства краски. Поэтому эта перспективная технология пользуется повышенным спросом на рынке.

Рисунок 2 Конструкция контейнера из ПСВ.

С момента выхода технологии на рынок более 300 судов было покрыто противообрастающими покрытиями, содержащими Selektope. Совсем недавно бермудская компания Team Tankers International объявили о том, что выделяют четыре дополнительных судна для использования защиты на основе противообрастающего вещества Selektope после получения выдающихся результатов 40-месячного испытания противообрастающего покрытия на основе этой технологии на своем танкере MR.

Вертикальные борта танкера Team Calypso с полной грузоподъемностью 46067 т были покрыты противообрастающим покрытием SEAFLO NEO CF-Premium от компании Chugoku Marine Paints, содержащим Selektope, во время пятилетнего докования верфи Sembcorp, Сингапур, в 2015 году.

В последние 40 месяцев танкер MR активно эксплуатировался на различных торговых путях по всему миру, часто попадая в места биологического обрастания с температурой воды > 25 °C (до 32 °C ), где риск биообрастания крайне высок. В этих местах у судна также было несколько продолжительных периодов простоя.

Однако в ходе испытания балянусы не смогли прикрепиться к корпусу танкера благодаря защите Selektope, который активирует октопаминовые рецепторы личинок усоногих, удерживая их в плавучем состоянии и предотвращая прикрепление к корпусу без вреда для них самих. Проверка корпуса, проведенная на 35-м месяце согласно графику обследования танкера на воде, показала, что корпус Team Calypso практически не подвергся обрастанию.

Независимый анализ данных, проведенный сторонней организацией, также подтвердил эффективность покрытия, содержащего порошкообразный Selektope, против обрастания корпуса. На 40-м месяце дополнительное сопротивление корпуса Team Calypso и гребного винта в связи с обрастанием было чрезвычайно низким (16%) по сравнению с 30%, предполагаемыми для стандартного судна того же размера, срока службы и особенностей торговых путей. Из этих 16% на корпус приходилось 10%, на гребной винт – оставшиеся 6% дополнительного сопротивления. Дополнительное сопротивление повышалось со скоростью 0,4% в месяц в сравнении с ожидаемой скоростью от 0,5% до 1,5%.

Поскольку многие крупные поставщики покрытий переходят на Selektope для более эффективного предотвращения твердого обрастания, судовладельцам рекомендуется проверить, входит ли это уникальное вещество в состав противообрастающих систем, которые они рассматривают в качестве возможного варианта при выборе покрытий.

ОБРАЗОВАНИЕ БИОПЛЕНОК ВО ВНУТРЕННЕЙ ЧАСТИ ТРУБОПРОВОДОВ, БАКОВ, НАКОПИТЕЛЕЙ, РЕЗЕРВУАРОВ, ВОДОЕМОВ, БАССЕЙНОВ

ПОБЕДА НАД БИОПЛЕНКОЙ — КЛЮЧЕВОЙ ФАКТОР ГИГИЕНЫ ВОДЫ.
Биоплёнка — множество (конгломерат) микроорганизмов, расположенных на какой-либо поверхности, клетки которых прикреплены друг к другу.

Наличие биопленки в трубопроводах, резервуарах, накопителях, колодцах, бассейнах несет в себе эпидемиологическую угрозу, угрозу выхода из строя оборудования или снижения его работоспособности и эффективности.

Обычно клетки погружены в выделяемое ими внеклеточное полимерное вещество (внеклеточный матрикс) — слизь. Развитие биоплёнки, а иногда и саму биоплёнку также называют биообрастанием. Текущая вода не смывает бактериальную плёнку с твёрдой поверхности, а, наоборот, способствует её появлению. Бактерии, как оказалось, склонны скапливаться там, где скорость потока жидкости сильно меняется, то есть у поверхности, которая этот поток ограничивает.

В текущей воде можно выделить зоны, где скорость потока очень сильно меняется, — например, у поверхности, ограничивающей этот поток. Но ведь именно здесь (скажем, на внутренней поверхности водопроводной трубы) бактерии организуют свои колонии и биоплёнки. Бактерии сильнее стремятся осесть на той поверхности, возле которой выше перепад скоростей. То есть, текущая вода способствует тому, чтобы бактерии «отказывались» от свободного плавания и переходили в состояние оседлой биоплёнки.

Такое поведение даёт бактериям огромные бонусы для их безопасного развития — к примеру, в снабжении питательными веществами. Необходимо учитывать данную особенность бактерий в водопроводных коммуникациях и иных конструкциях, где есть поток жидкости и где возможно бактериальное загрязнение.

Читать еще:  Сколько сыпать порошка в стиральную машину автомат?

В биоплёнках бактерии гораздо более устойчивы к действию антибиотиков, чем в свободном плавании, поэтому чем меньше у них будет шансов сформировать биоплёночную колонию, тем лучше.

  • Биопленка формируется одним либо многими видами микроорганизмов.
  • Формирование биопленки занимает от нескольких часов до нескольких дней.
  • Бактерии в биопленке выдерживают увеличение применения антибиотиковв 1000 раз больше чем в смертельной дозе для свободной бактерии.
  • Биопленка является идеальной средой для размножения и развития болезнетворных бактерий.


На фото выше представлены примеры биообрастаний:


Биопленка во внутренней части бытовой емкости для воды


Биопленка на стенках и дне плавательного бассейна


Биопленка во внутренней части магистральной трубы

Очистка от биопленок/бактериальных налетов/слизи во внутренней части резервуаров/накопителей/колодцев/бассейнов сегодня чаще всего происходит механическим путем с применением химических реагентов и дезинфицирующих средств.

В большинстве случаев стандартные дезинфицирующие средства не способны справиться с биологической пленкой, поэтому в последнее время одним из актуальных направлений промышленности и науки является поиск подходящего средства или способа. Бактерицидные средства также не оказывают должного воздействия, поскольку в процессе жизнедеятельности бактерии выделяют в большом количестве полисахариды, благодаря которым биопленка не распадается. Образованный слой полисахаридов не позволяет проникать содержащимся в воде веществам к колонии. По этой причине биопленка продолжает разрастаться даже при содержании в воде большого количества хлора.

По выше описанному можно сделать вывод что бороться с биообрастанием, особенно в труднодоступных местах, можно только механическим способом с применением химических препаратов.

А можно ли предотвратить биообрастание? Можно ли эффективно и незатратно обеспечить очистку трубопроводов, колодцев, накопителей, резервуаров, бассейнов и при этом не применять химические реагенты?
Можно.

Ультразвуковые приборы обеззараживания и очистки «УЗО»:

  • УЗО Водопровод – удаление и предотвращение образования биопленок, органических отложений и отложений жесткого типа.
  • УЗО Водонакопитель – удаление и предотвращение образования биопленок в резервуарах, накопителях, колодцах и пр.
  • УЗО Бассейн – удаление и предотвращение образования биопленок на стенках и дне бассейнов.
  • УЗО Пруд – удаление и предотвращение образования биопленок на камнях, декоративных элементах водоемов.

Все выше перечисленные приборы являются приборами обеззараживания воды.

Способ предупреждения биообрастания технологического оборудования водных систем и устройство для его осуществления

Патент 2108978

Способ предупреждения биообрастания технологического оборудования водных систем и устройство для его осуществления

Использование: предотвращение биологических обрастаний теплообменников, труб и других поверхностей, которые омываются водой в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой, текстильной и других отраслях промышленности и энергетике. Сущность изобретения: осуществляют адгезию микроорганизмов-обрастателей к волокнистой насадке типа “Вия”. Затем на волокнистую насадку поселяют гидробионтов-хищников, которые питаются обрастателями и поедают друг друга, образуя трофические цепи. Волокнистая насадка размещена в устройстве горизонтальными рядами, которые смещены относительно друг друга. Устройство также включает узлы подвода и отвода воды, подачи воздуха и выпуска жидкости. 2 с.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к способам предупреждения биообрастания водных систем и может быть использовано для борьбы с биологическим обрастанием теплообменников, труб и других поверхностей, которые омываются водой в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой, текстильной и других отраслей промышленности и энергетики.

В связи с широким применением в технологиях, в частности при теплообмене, замкнутых водооборотных систем резко увеличивается угроза биологического обрастания теплообменников, труб и другого оборудования, по которому течет вода.

Во всем мире широко используются химические способы борьбы с биологическим обрастанием теплообменников и другого технологического оборудования. Эти способы основаны на использовании разнообразных химических веществ, которые угнетают жизнедеятельность микроорганизмов-обрастателей, либо убивают их путем окисления (хлором, бромом, перекисью водорода), разрыва клеточной стенки или мембраны (поверхностно-активными веществами), токсического действия на микробные клетки (синтетическими биоцидами) и т.д.

Недостатками этих способов является то, что они требуют постоянного внесения в воду окислителей, солюбилизирующих или отравляющих веществ, которые не только экологически небезопасны, но и создают определенную угрозу здоровью людей, которые обслуживают водооборотные системы предприятий.

Недостатками аналога является то, что используемая в нем волокнистая насадка изготовлена в виде ершей, которые имеют в воде объемную структуру, и в результате адгезии микроорганизмов к ворсинкам быстро преобразуются в слизистые цилиндры, в середине которых образуются анаэробные зоны, где происходит загнивание и разложением микробных клеток. В результате идущих анаэробных процессов в воду выделяются дурнопахнущие и коррозионно-агрессивные вещества, такие как меркаптаны, сероводород и другие, которые ухудшают качество воды, затрудняют эксплуатацию водооборотных систем, способствуют коррозии оборудования. Кроме того, технологические особенности ершиков позволяют размещать их в аппарате для борьбы с биообрастанием только вертикально, что приводит к опусканию и слипанию их ворсинок, которые в своей массе становятся недоступными для поселения на них микроорганизмов-обрастателей; усложняется также процесс регенерации ершиков – срыв биомассы, которая прилипла к ним.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является “Способ предупреждения биообрастаний в системах оборотного водоснабжения” [2], который является прототипом. Этот способ предусматривает пропускание воды через волокнистую насадку, выполненную в виде ершиков, изготовленных из смеси гидрофильных (стеклянных или базальтовых) и гидрофобных (капроновых или полиэтиленовых) волокон в определенном соотношении.

Недостатками прототипа является, во-первых, то, что в объемной насадке происходит загнивание биомассы, и удаление последней при регенерации затруднено. Кроме того, гидрофильные и гидрофобные волокна предназначены для притяжения к своей поверхности и налипания (адгезии) на ней разнообразных бактерий, которые формируют обрастание технологического оборудования, что очень важно и полезно, но недостаточно, так как приводит к быстрому заиливанию насадки, требует частой регенерации ее, что затрудняет и усложняет эксплуатацию.

Эти недостатки прототипа устраняются в предлагаемом способе с использованием насадки типа “Вия”.

Решение задачи предупреждения биообрастания теплообменников и другого технологического оборудования по изобретению достигается благодаря тому, что, во-первых, устройство для борьбы с биообрастанием оборудовано волокнистой насадкой, изготовленной в виде плоских, а не объемных как ершики, крепких и технологичных образований – насадки типа “Вия”. Во-вторых, плоская насадка типа “Вия” размещается (располагается) в устройстве горизонтально, что делает поверхность каждого волоконца доступной для поселения на нем биообрастателей, и облегчает регенерацию насадки. В третьих, – это самое важное – предлагаемый способ предусматривает поселение в устройстве для борьбы с биообрастанием (а именно на насадку “Вия”) гидробионтов-хищников различных трофических уровней, которые поедают микроорганизмов-обрастателей и друг друга и таким образом осуществляют постоянную естественную биологическую регенерацию насадки, увеличивая время непрерывного функционирования устройства.

На чертеже изображено устройство для предупреждения биообрастания.

Устройство состоит из емкости с конусным днищем 1 с размещенной в ней насадкой типа “Вия” 2, емкость 1 имеет также узлы для подачи 3 и отвода 4 воды, байпас 5, узел подачи и диспергирования воздуха 6, трубу для опорожнения емкости 7. Насадка типа “Вия” 2 размещена в емкости 1 горизонтальными рядами, которые смещены относительно друг друга для обеспечения надежного контакта воды, которая протекает через устройство, с насадкой. На насадку “Вия” поселяют гидробионтов-хищников первого и второго трофических уровней (простейших, ракообразных, молюсков и др.).

Устройство работает следующим образом. Вода, которая циркулирует в замкнутом цикле водоснабжения и используется для охлаждения в теплообменниках, в других технологических целях, поступает в емкость 1 с насадкой типа “Вия” 2 через узел подачи воды 3, проходит между волокнами насадки 2 и отводится через узел 4. При контакте с волокнистой насадкой типа “Вия” 2 происходит биообрастание последней, а специально внесенные гидробионты-хищники, которые образуют в устройстве цепи и сети, питаются биомассой микроорганихмов-обрастателей, постоянно регулируя их количество, и поедают друг друга.

При особенно интенсивном биообрастании устройство требует периодического регенерирования, которое проводят следующим образом: открывают вентиль на трубе-байпасе 5 (чтобы не останавливать основного производства), закрывают вентили на линии подачи 3 и отвода 4 воды, открывают вентиль на линии подачи воздуха 6 и некоторое время с помощью воздушно-водяной смеси стряхивают биообрастания с насадки “Вия” 2. Затем открывают вентиль на линии опорожнения 7 и выпускают из устройства воду с микроорганизмами-обрастателями и гидробионтами-хищниками в канализацию. Перекрывают вентиль на линии подачи воздуха 6, закрывают вентиль на линии опорожнения 7 и открывают вентили на линиях подачи 3 и отвода 4 воды. После заполнения емкости 1 водой байпас 5 перекрывают. Во время регенерации с насадки “Вия” 2 вымывается на все гидробионты-хищники, и поэтому их не надо повторно вносить в устройство.

В табл. 1, 2 представлены данные по степени очистки оборотной воды, поступающей на охлаждение теплообменников.

Анализ ила, отобранного из чаши градирни, показал, что содержание органической части (п.п.п., 600 o C) уменьшилось в 1,3 раза.

Количество взвешенных веществ в воде, выпускаемой в канализацию, составило 4,0 мг/дм 3 .

Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства позволяет эффективно предотвращать биообрастания технологического оборудования в водооборотных системах.

Источники информации 1. Гвоздяк П.И., Никоновская Г.Н., Удилова О.Ф., Глоба Л.И. Роль волокнистой насадки в предотвращении биообрастаний аппаратов. // Химия и технология воды. 1990, N 5, с. 462-466.

2. А. с. СССР N 1535842, кл. C 02 F 1/50. Способ предотвращения биообрастаний в системах оборотного водоснабжения. /П.И.Гвоздяк, Г.Н.Никовская, Л.И.Глоба и др. – Опублик. 15.01.90, Бюл. N 2.

1. Способ предупреждения биообрастания технологического оборудования в водных системах, который включает адгезию микроорганизмов-обрастателей к волокнистой насадке, отличающийся тем, что на волокнистую насадку поселяют гидробионтов-хищников не менее двух трофических уровней, которые питаются микроорганизмами-обрастателями и поедают друг друга, образуя при этом трофические цепи и сети.

2. Устройство для предупреждения биообрастания технологического оборудования в водных системах, которое включает емкость с размещенной в ней насадкой, узлы подвода и отвода воды и подачи воздуха, а также выпуска жидкости, причем волокнистая насадка изготовлена в виде плоской насадки типа “Вия” и размещена в устройстве горизонтальными рядами, при этом ряды смещены относительно друг друга.

ЧАСТЬ VI. ТРЕБОВАНИЯ ПО ПРОТИВООБРАСТАЮЩИМ СИСТЕМАМ

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.3.1 (Бюллетень №3) В третьем перечислении (Руководстве по освидетельствованию…) выражение «Резолюцией ИМО МЕРС.102(48) от

11.10.2002 г.» заменить на «резолюцией МЕРС.195(61) от 01.10.2010 г.».

1.3.6.3 (Бюллетень №3) Текст подпункта изложить в следующей редакции:

Читать еще:  Как проверить подлинность и работоспособность смартфона при покупке

« .3 план управления биообрастанием (рекомендуется, по решению согласно 3.1 – требуется).»

1.3 (Бюллетень №3) Дополнить пунктом 1.3.8 следующего содержания:

« 1.3.8 Согласно резолюции МЕРС.195(61) примерами подходящих формулировок противоборастающей системы могут быть:

• самополирующегося типа без оловосодержащих органических соединений;

• абляционного типа без оловосодержащих органических соединений;

• обычного типа без оловосодержащих органических соединений;

• краска силиконового типа без биоциодов.

В отношении противообрастающей системы, не содержащей активных ингредиентов, должны использоваться слова «без биоцидов».» Дополнить разделом 3:

«3 КОНТРОЛЬ БИООБРАСТАНИЯ СУДОВ И УПРАВЛЕНИЕ ИМ ДЛЯ СВЕДЕНИЯ К МИНИМУМУ ПЕРЕНОСА ИНВАЗИВНЫХ ВОДНЫХ ВИДОВ

3.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Положения данного раздела применяются по специальному решению Администрации флага судна или решению судовладельца. Применение практики контроля биообрастания и управления им уменьшает риск переноса инвазивных водных видов. Такая практика управления может также улучшить гидродинамические характеристики судна и может быть эффективным средством повышения энергоэффективности и сокращения выбросов в воздушную среду с судов.

Для целей настоящего раздела в дополнение к определениям, приведённым в 1.2 настоящей части Правил, применяются следующие определения:

« Биообрастание – скопление таких водных организмов, как микроорганизмы, растения и животные, на поверхностях и конструкциях, погруженных в водную среду или подвергающихся ее воздействию.

Правила по предотвращению загрязнения с судов

Биообрастание может включать микрообрастание и макрообрастание (см. ниже).

Инвазивные водные виды – виды, которые могут представлять угрозу для жизни людей, животных и растений, экономической и культурной деятельности, а также водной среды.

Районы ниш – районы на судне, которые могут быть более подвержены биообрастанию вследствие различных гидродинамических сил, подверженности износу или повреждению системы покрытия или недостаточного окрашивания либо отсутствия краски, например кингстонные коробки, носовые подруливающие устройства, гребные валы, впускные решетки, опоры для докования и т.д.

Система предотвращения обрастания судна (СПОС) –

противообрастающая система, используемую для предотвращения скопления обрастающих организмов во внутренних системах охлаждения забортной водой и кингстонных коробках, и может включать использование анодов, струйных систем и электролиза.».

3.3 МЕРЫ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ БИООБРАСТАНИЯ 3.3.1 Выбор противообрастающей системы

3.3.1.1 Противообрастающая система является одним из основных средств предотвращения биообрастания и контроля находящихся под водой поверхностей судов, включая корпус и районы ниш. Противообрастающая система может быть системой покрытия, нанесенной на подвергаемые воздействию поверхности, стойкими к биообрастанию материалами, используемыми для трубопроводов и других неокрашенных компонентов, системами предотвращения обрастания судов (СПОС) для кингстонных камер и внутренних систем охлаждения забортной водой или другими новыми мерами по контролю биообрастания.

3.3.1.2 Используемая противообрастающая система должна соответствовать МК ПОС, если необходимо.

3.3.1.3 При выборе противообрастающей системы учитываются следующие факторы:

.1 планируемые периоды между докованиями – в том числе любые обязательные требования к освидетельствованию судов;

.2 скорость судна – различные противообрастающие системы рассчитаны на оптимизацию противообрастающих характеристик для конкретных скоростей судов;

.3 характер эксплуатации – виды использования, торговые пути и уровни эксплуатации, включая периоды вывода из эксплуатации;

.4 тип и конструкция судна; и

.5 любые юридические и экологические требования относительно продажи и использования противообрастающих систем.

3.3.1.4 Следует также рассматривать необходимость специально

Бюллетень № 4 изменений и дополнений

рассчитанной дифференцированной установки систем противообрастающего покрытия для различных районов судна в целях соответствия требуемым характеристикам и долговечности покрытия с ожидаемым износом, стиранием и интенсивностью потока воды в конкретных районах, таких как нос, руль, внутренние системы охлаждения забортной водой и внутренняя часть кингстонных коробок.

3.3.2 Конструктивные меры против биообрастания при проектировании и постройке

3.3.2.1 Первоначальное проектирование и постройка судна предлагают наиболее всеобъемлющие, эффективные и надежные средства, способствующие сведению к минимуму рисков биообрастания судна. При проектировании и постройке судна или при его значительном изменении должно учитываться следующее:

.1 Из конструкции судна, насколько это практически возможно, должны быть исключены небольшие ниши и закрытые районы, например установленные заподлицо трубы в кингстонных коробках. Если это практически невозможно, их следует проектировать таким образом, чтобы они были легкодоступны для проверки, очистки и применения противообрастающих мер.

.2 Закругление и/или скашивание углов, решеток и выступов для обеспечения более эффективного охвата систем противообрастающего покрытия, а также навешивание решеток на петлях, чтобы позволить доступ водолазам.

.3 Обеспечение возможности заглушать кингстонные коробки и другие районы, такие как проемы, наливные доки и другие, свободно затопляемые помещения, для обработки и/или очистки.

3.3.2.2 Внутренние системы охлаждения забортной водой следует проектировать и изготовлять из соответствующих материалов для сведения к минимуму биообрастания, и они должны иметь конструкцию с минимальным количеством изгибов, петель и фланцев в трубопроводе забортной воды.

3.3.2.3 Во избежание образования лишних ниш, обеспечивая при этом эффективную безопасность и эксплуатацию судна, если это практически возможно, следует избегать незаполненных зазоров во всей арматуре обшивки и обращать особое внимание на детальную конструкцию следующих объектов:

.1 кингстонные коробки – сведение к минимуму размеров и числа, использование гладких поверхностей для максимального повышения пропускной способности, установка СПОС, а также системы очистки паром или горячей водой. Конструкция решеток и их отверстий должна предусматривать их проверку и техническое обслуживание на плаву;

.2 выдвижная арматура и оборудование – избегание внешних подкреплений (таких как ребра жесткости), если это возможно, возможность проверки и технического обслуживания на плаву;

Правила по предотвращению загрязнения с судов

.3 трубы подруливающих устройств – трубы должны находиться выше ватерлинии малой нагрузки или быть доступны для водолазов, решетки и их отверстия должны быть спроектированы для проверки, технического обслуживания и эксплуатации на плаву;

.4 спонсоны и выпуклости на корпусе – использование полностью закрытых типов вместо типов свободного затопления, обеспечение доступа для проверки, очистки и технического обслуживания на плаву;

.5 дейдвудные уплотнения и ограждения для канатов – возможность проверки, очистки и технического обслуживания на плаву; и

.6 погружное и донное оборудование – обеспечение средства для промывки оборудования во время его подъема из воды и закрытых районов промывки для очистки оборудования на судне, если необходимо.

3.3.3 Установка противообрастающей системы

3.3.3.1 При установке или ремонте противообрастающей системы следует тщательно подготавливать поверхности с обеспечением полного удаления всех остатков биообрастания, отшелушивающейся краски или других загрязняющих поверхность веществ, в частности в районах ниш, с тем чтобы обеспечить хорошее сцепление и долговечность противообрастающей системы.

3.3.3.2 Для кингстонных коробок должно учитываться следующее:

.1 впускные решетки и внутренние поверхности кингстонных коробок должны быть защищены системой противообрастающего покрытия, пригодной для режима потока забортной воды через решетку и кингстонную коробку;

.2 следует тщательно подготавливать поверхность к нанесению любой системы противообрастающего покрытия с обеспечением надлежащего сцепления и толщины покрытия. Особое внимание следует обращать на углы и кромки кингстонных коробок, выпускные трубы, крепежные кронштейны и прутья решеток;

.3 рекомендуется установка СПОС для оказания помощи в обработке кингстонной коробки и внутреннего трубопровода для забортной воды. До установки следует тщательно оценить вытекающие последствия применения СПОС, включая возможное воздействие на судно и/или окружающую среду.

3.3.3.3 Для других районов ниш, которые также могут быть особо подвержены биообрастанию, применяются следующие меры:

.1 Опоры для докования – места доковых блоков и клеток следует менять при каждом доковании или следует принимать альтернативные меры для обеспечения того, чтобы участки под блоками окрашивались противообрастающей краской, по меньшей мере, во время каждого второго докования. Должна быть произведена подготовка поверхности этих районов с ее значительным обновлением, и на них должно наноситься покрытие во время каждого докования, когда они доступны. Если невозможно чередовать положения доковых клеток, например, в

Бюллетень № 4 изменений и дополнений

критических местах, несущих весовую нагрузку, таких, как районы машинного отделения, эти районы должны рассматриваться особо и обрабатываться другими средствами, например путем нанесения специальных покрытий или применения специальных процедур.

.2 Носовые и кормовые подруливающие устройства – особое внимание следует обращать на любые проницаемые пространства, которые могут окружать трубу подруливающего устройства. Кожухи/рецессы и выдвижные устройства, такие как стабилизаторы и корпуса подруливающих устройств, должны быть снабжены системой противообрастающего покрытия достаточной толщины для оптимальной эффективности.

.3 Кромки и сварные швы – открытые кромки на корпусе, например на скуловых килях и водозаборниках, а также сварные швы должны быть выровнены и снабжены покрытием для обеспечения надлежащей толщины покрытия с целью оптимизации эффективности системы.

.4 Отверстия рулевых петлей и стабилизаторов – необходимо тщательно и эффективно снабдить покрытием вырезы в рулевых петлях и за стабилизаторами. В процессе нанесения покрытия рули и стабилизаторы следует перемещать во всем диапазоне их движений для обеспечения правильного нанесения покрытий на все поверхности в соответствии с техническими требованиями к противообрастающей системе. На рули, их арматуру и окружающие их участки корпуса также следует нанести надлежащие покрытия, выдерживающие повышенную степень износа, отмечающуюся ни этих участках.

.5 Гребной винт и вал – на гребные винты и находящуюся в воде часть гребных валов следует наносить, если это возможно и уместно, уменьшающие обрастание покрытия для поддержания эффективности возможности самоочистки, с тем чтобы необходимость регулярной очистки и полировки на плаву была сведена к минимуму.

.6 Дейдвудные уплотнения и внутренние поверхности ограждений для канатов – на открытые участки дейдвудных уплотнений и внутренние поверхности ограждений для канатов должны быть тщательно нанесены системы противообрастающего покрытия, соответствующие степени подвижности воды, проходящей вдоль этих поверхностей и вокруг них.

.7 Аноды для катодной защиты – биообрастание районов ниш может быть сведено к минимуму, если:

• аноды закреплены заподлицо с корпусом;

• между анодом и корпусом установлен резиновый диск-подошва;

• зазор заполнен уплотнительным составом.

Заполнение зазора уплотнительным составом придает шву или соединению водонепроницаемость. Если аноды закреплены не заподлицо, на поверхность корпуса под анодом и связкой должна быть нанесена система противообрастающего покрытия, пригодная для слабого потока воды, с целью предотвращения скопления обрастающих организмов. Если

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector