Разработка технологий создания энергосберегающих, биоинспирированных полимерных покрытий, предотвращающих обрастание моллюсками корпусов морских судов
Цель проекта:
Преодоление силы трения при движении в вязкой среде (например, в воде) обещает создание быстроходных транспортных средств, роботов и др. техники, и, как результат, существенную экономию затрат энергии и топлива. Примеры успешного решения этой проблемы широко распространены в природе, и могут быть взяты за основу создания так называемых биоинспирированных технологий, т.е.
технологий, заимствованных у живых организмов. Это, например, способность ящериц (гекконов) свободно передвигаться со значительными скоростями по вертикальным поверхностям и по потолку. Другой пример – механизм обрастания металлических, стеклянных и деревянных субстратов, а также минералов (камней) морскими моллюсками (раковинами мидий).
Мидии выделяют особый адгезионный белок, который позволяет прикрепляться им к поверхностям любой природы, предотвращая при этом рост колоний других организмов.
Заимствование этого механизма у природы позволяет создать покрытие для судов и подводных частей морских объектов, тем самым уменьшив силу сопротивления, и значительно увеличив скорость движения морских и подводных судов, а также снизив при этом затраты топлива и времени на чистку корпусов морских судов.
Задачей проекта является создание эффективных противообрастающих покрытий для подводных частей морских объектов и устройств: корпуса судна, буровые платформы, эстакады, боны, буи и т.п.
Решение указанной задачи позволит значительно сократить расход топлива для движущихся объектов: кораблей, катеров и др, а также сократить энергозатраты на очистку стационарных подводных сооружений. В настоящее время существует два основных подхода для создания противообрастающих покрытий.
А именно: (1) включение в состав противообрастающих красок веществ-биоцидов (соединения олова, свинца, ртути, мышьяка, цинка, меди и/или их органических производных), которые убивают прикрепившиеся к корпусу живые организмы; (2) создание покрытий, к которым морские организмы не способны прикрепляться по тем или иным причинам.
Второй – экологически безопасный путь – основан на создании на подводной поверхности прочного защитного покрытия. Указанное покрытие за счет низкой поверхностной энергии слабо взаимодействует с другими веществами, клетками и организмами, тем самым препятствуя начальной адгезии морской флоры и фауны к корпусу судна.
В настоящей работе для создание такого покрытия предполагается использовать биомиметические (биоинспирированные) подходы, заимствованные у морских моллюсков. Современное развитие методов металлоорганической химии подсказывает нам и другие механизмы связывания концевых функциональных групп биоинертных полимерных макромолекул на металлах. Одним из таких способов является использование более сильных комплексообразователей, чем встречающиеся в природе производные пирокатехина (1,2-дигидроксибензола), а именно: производные бета-дикетонов (являющиеся одними из самых сильных комплексообразователей) и силоксаны. Развитие указанных способов позволит увеличить долговечность противообрастающих покрытий и повысить их износостойкость.
Основные планируемые результаты проекта:
Разработка и коммерциализация продукта, представляющего собой эффективное противообрастающее покрытие для морских судов, не оказывающего губительного воздействия на флору и фауну мирового океана.
Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Обнаруженные свойства могут найти полезное применение при склеивании твердых, разнородных субстратов, таких как стекло и металлы, например в микроэлектронике, авиа и космическом машиностроении, в строительстве.
В то же время, если одну из концевых групп какого либо полимера, например полиэтиленгликоля, заместить на катехольную группу, становится возможным прививка цепей инертного полимера к таким металлическим субстратам как корпуса морских судов и, тем самым, получение чрезвычайно прочных и долговечных покрытий, предотвращающих их обрастание морскими моллюсками.
Текущие результаты проекта:
На настоящий момент получены следующие результаты: – проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему создания противообрастающих покрытий. – проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96. – сделан выбор и обоснование направления исследований.
– проведено теоретическое исследование путей создания новых покрытий, предотвращающих обрастание корпусов судов морскими моллюсками. – разработаны методики создания новых покрытий, инспирированных механизмом адгезии морских моллюсков.
– разработан лабораторный регламент получения экспериментальных образцов нового биоинспирированного адгезива, содержащего бета-дикетоновую группу.
Российские учёные создали эффективную защиту судов от биообрастания
Биообрастание – это процесс, в ходе которого на поверхности корпуса судна или иной конструкции, пребывающей в водной среде, начинают размножаться различные организмы. В случае с кораблями, это, как правило, двустворчатые моллюски (дрессейны, мидии, корабельные черви и др.
), усоногие раки, полихеты, макрофиты и другие существа.
Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) создали уникальное покрытие, способное защитить поверхность от этого неприятного процесса, тем самым сэкономив владельцам судов впечатляющее количество времени и денег.
Чтобы оценить важность открытия российских учёных, только представьте себе, что на борьбу с биообрастанием в мире ежегодно тратится более 100 миллиардов долларов. Чаще всего для защиты от покрытия корпусов кораблей и пребывающих в водной среде конструкций используются краски и лаки с токсичными соединениями меди.
Делается это затем, чтобы вещества убивали живые организмы, не позволяя им закрепиться на поверхности. Разумеется, всё это не проходит бесследно для природы. Яды накапливаются в воде и обитающих в ней существах, распространяются и нарушают работу целых экосистем.
Учащаются случаи, когда люди травятся рыбой из-за высокого содержания в ней меди.
Сотрудникам СПбГУ — морскому зоологу Александру Раилкину и профессору-биохимику Надежде Кулевой — удалось обнаружить экологически безопасные соединения, которые можно использовать в качестве защиты поверхностей от биообрастания.
Инновационное покрытие уже протестировали в природных условиях – в бассейнах Белого и Южно-Китайского морей, а в данный момент идут испытания соединений на морских звёздах и спорах морской бурой водоросли в лабораторных условиях «Обсерватории экологической безопасности» СПбГУ.
Российские учёные также исследовали вопрос закономерностей прикрепления живых организмов к твёрдым поверхностям. Чаще всего это происходит на ранних стадиях развития: изначально временно, а затем и на постоянной основе.
Обусловлено это тем, что организму необходимо максимально крепко прирасти к судну, чтобы его не оторвало течением.
Исследователи пришли к выводу, что воздействовать на организмы необходимо именно на этапе «временного закрепления», до того момента, когда они окончательно прирастут к поверхности.
На достигнутом исследователи не останавливаются. В самое ближайшее время учёные из СПбГУ совместно с химиками из НИИ синтетического каучука имени академика С. В. Лебедева планируют протестировать в качестве защиты от биообрастания оксид азота.
Эта молекула обратимо изменяет функции белков, напрямую влияя на способность личинок различных организмов к прикреплению. Помимо всего прочего, учёные также ищут способ снизить токсичность классических соединений, содержащих медь.
Российские учёные считают, что их разработки окажутся востребованными во всём мире, учитывая масштаб проблемы биообрастания.
Уникальная защита судов от биообрастания создана в Санкт-Петербурге — National Geographic Россия
Специалисты Санкт-Петербургского университета разработали покрытие, которое не дает морским судам обрастать беспозвоночными животными и водорослями. В отличие от высокотоксичных соединений меди, которые сейчас используются повсеместно, новая защита безопасна для окружающей среды.На борьбу с проблемой морского обрастания в мире ежегодно тратится свыше 100 миллиардов долларов.
Однако один из основных промышленных способов, который сегодня применяют для защиты судна, — нанесение красок и лаков с токсичными соединениями меди. Ядовитые вещества в составе таких покрытий не только убивают живые организмы, но и накапливаются в воде и в обитающих в ней организмах, переносятся по цепям питания.
Этот процесс приводит к нарушению целых экосистем и даже к негативному влиянию на человека: известны случаи отравления морской рыбой из-за содержащейся в ней меди. Российские и зарубежные ученые много лет ищут альтернативу токсичным веществам.
Доктора биологических наук СПбГУ — морской зоолог Александр Раилкин и профессор-биохимик Надежда Кулева — обнаружили экологически безопасные соединения, которые могут войти в состав покрытий, защищающих от биообрастания.
Специалисты протестировали найденные вещества в природных условиях — в Белом и Южно-Китайском морях, а сейчас работают с морскими звездами и спорами морской бурой водоросли (морской капусты) в ресурсном центре «Обсерватория экологической безопасности» СПбГУ.
Чтобы подобрать компоненты для создания нового покрытия, ученые на молекулярном уровне изучили, вредны ли они для живых организмов. Дело в том, что некоторые химические вещества могут окислять биологические макромолекулы (жиры, углеводы и белки), что приводит к гибели обрастателей.
Кроме того, специалисты обратили внимание на общие закономерности прикрепления морских организмов к твердым поверхностям. «И споры водорослей, и личинки многих беспозвоночных прикрепляются на определенной стадии развития — сначала временно, а потом и постоянно.
Этот биологический процесс обусловлен тем, что в условиях сильного течения им необходимо крепко прирасти к судну, чтобы их не унесло», — пояснил доктор Раилкин. Ученые СПбГУ предлагают воздействовать на организмы нетоксичными веществами на стадии «временного прикрепления» — еще до того, как обрастатели прирастут к судну окончательно.
Эта технология позволит создать универсальное судовое противообрастающее покрытие. «Мы близки к стадии, когда можно будет перейти от экспериментальных исследований к опытно-конструкторским работам, то есть приблизиться к созданию экологичных покрытий в промышленных масштабах», — сказал Александр Раилкин. Материал подготовлен специалистами Санкт-Петербургского университета.
Кроме того, специалисты обратили внимание на общие закономерности прикрепления морских организмов к твердым поверхностям. «И споры водорослей, и личинки многих беспозвоночных прикрепляются на определенной стадии развития — сначала временно, а потом и постоянно. Этот биологический процесс обусловлен тем, что в условиях сильного течения им необходимо крепко прирасти к судну, чтобы их не унесло», — пояснил доктор Раилкин.
Ученые СПбГУ предлагают воздействовать на организмы нетоксичными веществами на стадии «временного прикрепления» — еще до того, как обрастатели прирастут к судну окончательно. Эта технология позволит создать универсальное судовое противообрастающее покрытие.
«Мы близки к стадии, когда можно будет перейти от экспериментальных исследований к опытно-конструкторским работам, то есть приблизиться к созданию экологичных покрытий в промышленных масштабах», — сказал Александр Раилкин.
Материал подготовлен специалистами Санкт-Петербургского университета.
Противокоррозионные противообрастающие покрытия: пути совершенствования
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:
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.
Написано для портала corrosio.ru мо материалам статьи «Пути совершенствования противокоррозионно-противообрастающих покрытий» Миронов Г.Л., Ильдарханова Ф.И., Коптева В.В., Богословский К.Г. _Сборник научных трудов «Технология лакокрасочных покрытий», М., 2010. с разрешения ОАО «НИИ ЛКП с ОМЗ «Виктория»
ПОИСК
Практически вода, потребляемая из большинства поверхностных источников для производственных целей и целей пожаротушения, большее время года не подвергается очистке. Только в период паводков, когда количество механических примесей в воде источника значительно увеличивается, появляется необходимость ее очистки от этих примесей.
Кро 1е того, в летний период в воде происходит интенсивное развитие микроорганизмов, попадание которых в системы водоснабжения вызывает биообрастание аппаратуры и трубопроводов, поэтому требуется обработка воды хлором с целью уничтожения микроорганизмов. [c.
162]
Для предупреждения биообрастаний водорослями градирен оборотная вода подвергается обработке хлором (7—10 мг/л в течение 1 ч и 3—4 раза в месяц) и медным купоросом (1—2 мг/л в течение 1 ч и 3—4 раза в месяц). [c.
171]
Наиболее эффективный путь экономии водных ресурсов нефтеперерабатывающих комплексов – это организация и эксплуатация систем оборотного водоснабжения.
Известно, что эксплуатация оборотных систем водоснабжения сопряжена с известными проблемами – коррозией и различного вида отложений (взвешенных веществ, нефтепродуктов, солей, а также биообрастаний). Коррозия и отложения приводят к разрушению элементов оборотной системы, к нарушению теплообмена и др. Накопление продуктов коррозии и других примесей не дает возможность сбрасывать воду без очистки при продувке оборотной системы. [c.124]
Для защиты от коррозии и биообрастаний теплообменных аппаратов в морской воде 0.2 80-95 [c.47]
Для торможения процессов коррозии и биообрастания оборудования в морскую воду вводят добавки, создающие в воде дефицит кислорода за счет снижения его растворимости или нарушающие клеточный метаболизм за счет их адсорбции на поверхности металла (табл. 84). [c.162]
Способы защиты трубопроводов от биообрастания и коррозионного разрушения морской водой [c.162]
Дозировка ингибитора И-1-В 0,2 кг/м морской воды в течение 48 ч с периодичностью 10 сут приводит к полному подавлению биообрастания. Скорость коррозии снижается с 0,33 до 0,03 г/(м2-ч) [c.162]
При использовании воды с высоким содержанием органических веществ (окисляемость более 10—15 мг/л О2) интенсивно протекает биообрастание трубок.
Для борьбы с этим явлением применяют хлорирование дозу хлорирующего агента (хлорной извести, свободного хлора) следует подбирать так, чтобы в воде, выходящей из конденсатора, содержание активного хлора не превышало 0,5 мг/л.
Практикующееся на ряде электростанций добавление сухой хлорной извести в поток охлаждающей воды не обеспечивает нужного режима хлорирования и отрицательно влияет на коррозионную стойкость медных сплавов. [c.203]
Для выбора метода борьбы с биообрастанием в закрытых системах оборотного водоснабжения нужно определить группу бактерий, образующих эти обрастания, а в открытых системах нх источником могут быть также и водоросли. [c.297]
Среди методов борьбы с биообрастанием бактериями наиболее часто применяют хлорирование, которое необходимо проводить по возможности при низких значениях pH. Доза хлора зависит от наличия в воде аммонийных солей. [c.297]
При наличии на предприятии большого количества отходящих газов для предотвращения отложений применяют рекарбонизацию воды (обработка оборотной воды дымовыми газами). Для стабилизации оборотных вод применяют их фосфатирование. Недостатком фосфатов как добавок против карбонатных отложений является образование биообрастаний. [c.297]
Широкое применение находят комбинированные добавки—ингибиторы кристаллизации, позволяющие одновременно предотвращать процессы биообрастания и коррозии. [c.297]
При создании этой системы был решен ряд сложных научно-технических задач. Одна из них была обусловлена интенсивным развитием биологических обрастаний (биообрастаний) в сооружениях системы. По- [c.323]
Допустимая скорость биологических обрастаний теплообменных аппаратов не должна превышать 0,07 г/ м -ч) рост толщины слоя не должен быть выше 0,05 мм в месяц. Сопоставление требований к качеству оборотной воды в теплообменных системах водоснабжения, приведенное в табл.
1-1, показывает, что несмотря на значительные расхождения оценок допустимых пределов общей жесткости, солесодержания, концентрации взвещенных веществ, эти требования имеют много общего при рекомендации таких наиболее важных показателей, как карбонатная жесткость, величина pH, содержание биогенных элементов и значение ХПК, определяющих термостабильность и интенсивность биообрастаний в оборотной системе. [c.7]
При эксплуатации систем оборотного водоснабжения промышленных нефтеперерабатывающих установок существует проблема биообрастания внутренних поверхностей технологических аппаратов и трубопроводов.
Образующаяся биопленка увеличивает скорость коррозии стали, снижает эффективность теплообмена, приводящую к избыточному потреблению энергии, уменьшается эффективный диаметр трубопроводов, происходит засорение технологического оборудования хлопьями биомассы. [c.70]
Нормальная работа теплообменного оборудования при высоких коэффициентах упаривания (6—8 и выше) достигается обработкой оборотной воды, обеспечивающей предотвращение солевых отложений на теплопередающей поверхности, коррозии оборудования, биообрастаний и отложений взвешенных веществ. [c.332]
Для предотвращения карбонатных отложений применяется подкисление оборотной воды. Обработка воды ингибиторами коррозии с хлорированием обеспечивает предотвращение коррозии и биообрастаний. [c.332]
Эффективным методом устранения биообрастаний, образующихся в результате жизнедеятельности микроорганизмов, является обработка воды хлором, а для уничтожения водорослей — медным купоросом. Дозы и периодичность хлорирования определяют на основании лабораторных исследований оборотной воды. Для гибели железобактерий в воде достаточна доза хлора 3— [c.217]
Среди других методов борьбы с биообрастаниями используют повышение температуры воды в теплообменниках до 45—50 °С в течение 5—15 мин, а также покрытие внутренних теплообменных поверхностей токсичными красками. Такие покрытия служат 1—2 года, затем их надо обновлять. [c.217]
Оборотная вода характеризуется следующими показателями скорость коррозии 0,2—1 мм/год, скорость образования накипи 3000—6000 г/(м2.год), скорость биообрастания 8—25 г/(м -сут).
По данным [61], скорость (Коррозии не должна превышать 0,1 мм/год, скорость образования накипи 2200 г/(м -год), скорость биообрастания—1,7 г/(м yт). В последние годы в оборотной воде стали контролировать и содержание силикатов.
Хотя содержание силикатов не нормируется, считается, что при концентрации 150 мг/м начинается выпадение диоксида кремния в накипь. [c.133]
При этом способе исключаются косвенные неудобства, свойственные другим способам опреснения, — накипеобразование, биообрастание и коррозия. [c.281]
Для защиты оборудования от коррозии БашНИИ НП рекомендует ингибитор ИКБ-4В.
Многолетний промышленный опыт применения этого ингибитора на различных НПЗ показал, что при его использовании скорость коррозии углеродистой стали снижается на 70—95% в зависимости от агрессивности оборотной воды и условий эксплуатации, а количество отложений уменьшается на 70—80% [119].
Ингибитор ИКБ-4В обладает моющей способностью, поэтому он, не оказывая прямого био-цидного действия, способствует снижению грязевых отложений и биообрастаний в системах оборотного водоснабжения. [c.214]
С целью снижения карбонатной жесткости воду подвергают реагентной обработке (подкнсление, фосфатирование), Однако при этом повышается агрессивность воды, особенно по отношению к бетону, увеличиваются биообрастания и шламообразова-пие.
В качестве антинакипных, ингибирующих и диспергирующих реагентов применяют фосфорные эфиры полиспиртов. Они позволяют избежать накипи при солесодержании оборотной воды до 3000 мг/л и pH до 9 при их использовании не требуется обязательная продувка системы.
[c.88]
Перевод систем водооборота на режим с ограниченной продувкой в связи с ужесточением требований к сбросу сточных вод в природные водоемы вызывает рост солесодержания, усиления солеотложений и биообрастаний и, как следствие, повышение расхода электроэнергии на перекачку оборотной воды и затрат в связи с проведением дополнительных ремонтов по очистке тешюобменной аппаратуры. [c.186]
На нефтеперерабатывающих заводах возникает серьезная проблема при эксплуатации систем оборотного водоснабжения, связанная с интенсивной коррозией и накипеобразованием на теплопередающих поверхностях теплообменного оборудования.
В высокотемпературных зонах преобладает коррозия и накипеобразование, а в низкотемпературных – коррозия и биообрастание. В ре зультате этих процессов ухудщается теплосъем и приходится часто менять пучки теплообменников. [c.
16]
Отдельные водоблоки НПЗ загрязнены значительным количеством этих веществ. Нефтепродукты поступают в оборотные системы из-за плохой герметизации теплообменного оборудования, взвешенные вещества – с паводковой водой, а также образуются за счет биообрастаний и пшш, подсасываемой на градирнях вместе о воздухом. [c.163]
Исследования целесообразности флотационной очистки свежей (подпиточной) воды реки Белой в паводковый период и оборотной воды I системы водоснабжения АО НУНПЗ проводились на лабораторной установке напорной флотации.
В качестве флотореагентов использо-вал”сь наиболее перспективные, применяемые при очистки сточных вод иПЗ сернокислый алшиний, алшохлопид (отход производства изопропилбензола), катионный полиэлектролит НПК-402 (производство ПО “Каустик”, г.
Стерлитамак) и реагент ИПНХП АН РБ, разработанный для использования при флотационной очистке свежей и оборотной воды НПЗ и синтезированный на основе катионного полиэлектролита и ингибитора коррозии.
Последний оказывает также моющее действие, способствующее снижению грязевых отложений и биообрастаний в оборотных системах. [c.164]
Биообрастание трубопроводов и технологического оборудования, работающих на природных или очищенных сточных водах, зависит в большой степени от их физико-химических свойств (температуры, наличия растворенного кислорода, химического состава), скорости движения жидкости н др. Биообрастание внутренних поверхностей трубопроводов и аппаратов снижает их процускную способность, уменьшает теплопередачу, увеличивает расход электроэнергии на преодоление сопротивлений при движении воды и т. д. [c.297]
В состав предприятий промышленного района входят заводы нефтяного машиностроения и синтетических продуктов, электродный завод, предприятия строительной индустрии. Подготовка сточных вод к повторному использованию (рис. 9.
11) производится путем первичной очистки сточных вод на внутризаводских локальных соорух ениях, последующей их совместной с городскими сточными водами очистки на внеплощадочных очистных сооружениях, дезинфекции, стабилизационной обработки для предотвращения образования отложений и продуцирования биообрастаний, а также для защиты от коррозии. [c.328]
Решением проблемы биообрастания технологического оборудования может являться использование бактерицидов. Однако, сложность состоит в том, что бактерициды оказывают специфическое действие на различные виды микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли).
Видовой состав биопленки зависит от особенностей технологического процесса.
Для поиска бактерицида максимально эффективно защищающего технологическое оборудование от биообрастания, необходимо определение качественного состава биопленки и выявление наиболее распространенных в ней групп микроорганизмов. [c.70]
Вещества ряда j4, например, плуремид 2.99, обладают алгицидной активностью, т.е. токсичны для водорослей. Они представляют практический интерес как средства борьбы с биообрастанием подводных частей морских судов и сооружений. [c.93]
Основные методы борьбы с карбонатными отложениями — обработка охлаждающей воды кислотой (обычно серной) для снижения общей щёлочности воды фосфатирование путём введения в воду раствора гексаметафосфата натрия, тормозящего процессы кристаллизации и осаждения карбонатов на стенках аппаратуры обработка воды магнитным полем, воздействие которого вызывает быстрый рост кристаллокарбонатных и других отложений, сорбирующих на своей поверхности ионы карбонатов кальция и магния, растущих и выпадающих в виде шлама, легко уносимого с потоком. Однако при реагентной обработке (подкисление, фосфатирование) повышается агрессивность воды особенно по отношению к бетону, увеличиваются биообрастание и шламообразование. [c.215]
Биообрастания, включающие также водоросли, плесень, про-стейщие организмы, различные группы червей, моллюски, снижают теплопередачу поверхностей нагрева, охлаждения, пропускную способность труб, увеличивают расход энергии на перекачку воды. [c.216]
Для уменьщения коррозии и образовалия накипи на внутренних поверхностях теплообменных аппаратов, а также для снижения скорости биообрастания оборотную воду подвергают специальной обработке. [c.133]
Если хлорирование вводится на действующей системе уже значительно загрязненной биообрастанием, определение дозы хлора следует производить по хлоропогло-щаемости воды с перифитоном. Для этого необходимо [c.6]
После введения периодического хлорирования и очищения системы от основной массы биообрастания можно переходить к установлению дозы хлора по хлоропогло-щаемости (хлорируемости) оборотной воды.
Определение хлоропоглощаемости воды рекомендуется производить не менее двух—трех раз в месяц. При этом пробу воды на исследование можно отбирать после одной из градирен на сливе ее с оросителя., [c.
6]
Защита корпусов судов, устройства, специально предназначенные для очистки судов: .предотвращение обрастания корпуса – B63B 59/04
Раздел B РАЗЛИЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ; ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ
B63 Суда и прочие плавучие средства; оборудование для них
B63B Суда и прочие плавучие средства; оборудование для судов
B63B 59/00 Защита корпусов судов; устройства, специально предназначенные для очистки судов
B63B 59/04 .предотвращение обрастания корпуса
Патенты в данной категории
СОСТАВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОДВОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПЛАВУЧИХ СРЕДСТВ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ОТ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАСТАНИЯИзобретение относится к области машиностроения, а именно к составам для защиты подводных поверхностей плавучих средств и гидротехнических сооружений от биологического обрастания, и может быть использовано в судостроении для защиты эксплуатирующихся в морской и речной воде различных поверхностей от биологического обрастания, а также может быть использован для защиты от биологического обрастания подводных поверхностей гидросооружений, морских трубопроводов и других объектов техники, эксплуатирующихся в водной среде. Описан состав для защиты подводных поверхностей плавучих средств и гидротехнических сооружений от биологического обрастания, содержащий высокомолекулярное фторсодержащее соединение и растворитель, в качестве высокомолекулярного фторсодержащего соединения состав содержит четвертичноаммонийную соль амида перфторполиоксиалкиленкарбоновой кислоты и/или четвертичноаммонийную соль амида перфторполиоксиалкиленсульфоновой кислоты в количестве 1-2 мас.% общей формулы: 2318696патент выдан:опубликован: 10.03.2008 СПОСОБ ДЕМОНТАЖА ИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯИзобретение относится к технологии обработки изделий, касается технологии разборки и сборки металлических и неметаллических узлов и предназначено преимущественно для демонтажа изоляционных покрытий на морских судах. Способ демонтажа изоляционного покрытия заключается в воздействии на изоляционный слой, обуславливая изгиб слоя и отрыв от металлической основы. В изоляционном слое выполняют сквозной прокол. Через прокол подают струю воды под давлением 120-170 МПа. Между слоем и металлической основой формируют гидравлический клин, направленный острием к месту соединения изоляционного слоя и металлической основы. Технический результат реализации изобретения заключается в упрощении технологии очистки металлической основы от изоляционного покрытия посредством упрощения приложения усилия к месту соединения материалов, что обеспечивается за счет более удобной подачи энергии в зону соединения и исключения необходимости применения прочного режущего инструмента. 1 ил. 2237564патент выдан:опубликован: 10.10.2004 СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ЗАЩИТЫ ПОДВОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПЛАВУЧИХ СРЕДСТВ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ Изобретение относится к технологии защиты днищ судов и подводной части гидротехнических сооружений от обрастания биомассой, а также для защиты их от коррозии. Способ комплексной защиты подводных поверхностей плавучих средств и гидротехнических сооружений заключается в последовательной обработке металлической поверхности антикоррозионным покрытием, лакокрасочным материалом и пленкообразующим составом на основе высокомолекулярных фторсодержащих органических кислот. В качестве таких кислот может быть использована перфторполиоксиалкиленкарбоновая или перфторполиоксиалкиленсульфо- кислота, или их производные, или их смеси. В качестве антикоррозионного покрытия для углеродистой стали целесообразно использовать преобразователь ржавчины. В качестве антикоррозионного покрытия для алюминия или его сплавов целесообразно использовать состав, содержащий поверхностно-активное фторуглеродное соединение. Технический результат реализации изобретения заключается в замедлении процесса обрастания, в обеспечении протекторной защиты металла корпуса судна или гидротехнического сооружения от коррозии, в обеспечении повышения скорости хода судов, в снижении расхода топлива и в уменьшении расхода лакокрасочных материалов, а также в исключении необходимости использования дорогостоящих специализированных красок. 2 з.п. ф-лы. 2207291патент выдан:опубликован: 27.06.2003 НЕОБРАСТАЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ Использование: технология защиты подводной части морских судов и сооружений от коррозии и обрастания и касается выполнения покрытий подводных поверхностей этих объектов. Сущность: у необрастающего покрытия для подводной части судов и сооружений, содержащего нанесенный на основу подслой и наружный пористый слой, включающий медь, вышеуказанный подслой выполнен на основе алюминия, а наружный слой дополнительно содержит цинк, при этом открытая пористость наружного слоя составляет 6 – 8%, содержание в нем меди 203% и цинка 803%, при этом подслой может состоять из внутреннего нанесенного на основу промежуточного слоя из деформируемого алюминиевого сплава и нанесенного на него внешнего промежуточного слоя, состоящего из деформируемого алюминиевого сплава (603%) и цинка (403%), при этом открытая пористость внешнего промежуточного слоя может составлять 4 – 6%, а толщины внутреннего промежуточного слоя, внешнего промежуточного слоя и наружного слоя могут относится как (10,1) : (20,2) : (40,5). 3 з.п.ф-лы, 1 ил. 2107005патент выдан:опубликован: 20.03.1998 СПОСОБ ЗАЩИТЫ КОНСТРУКЦИИ ОТ ОБРАСТАНИЯ МОРСКИМИ ОРГАНИЗМАМИ ПУТЕМ ОБДУВА Использование: изобретение относится к прикладной гидробиологии и более конкретно к защите конструкций, эксплуатирующихся в морской воде, от биологического обрастания. Сущность заключается в том, что обдув производят непрерывно со скоростью подачи азота, равной 0,010 – 0,011 м3/час. 6 табл. 2068794
Российские учёные создали эффективную защиту судов от биообрастания
Биообрастание – это процесс, в ходе которого на поверхности корпуса судна или иной конструкции, пребывающей в водной среде, начинают размножаться различные организмы. В случае с кораблями, это, как правило, двустворчатые моллюски (дрессейны, мидии, корабельные черви и др.
), усоногие раки, полихеты, макрофиты и другие существа.
Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) создали уникальное покрытие, способное защитить поверхность от этого неприятного процесса, тем самым сэкономив владельцам судов впечатляющее количество времени и денег.
Чтобы оценить важность открытия российских учёных, только представьте себе, что на борьбу с биообрастанием в мире ежегодно тратится более 100 миллиардов долларов. Чаще всего для защиты от покрытия корпусов кораблей и пребывающих в водной среде конструкций используются краски и лаки с токсичными соединениями меди.
Делается это затем, чтобы вещества убивали живые организмы, не позволяя им закрепиться на поверхности. Разумеется, всё это не проходит бесследно для природы. Яды накапливаются в воде и обитающих в ней существах, распространяются и нарушают работу целых экосистем.
Учащаются случаи, когда люди травятся рыбой из-за высокого содержания в ней меди.
Сотрудникам СПбГУ — морскому зоологу Александру Раилкину и профессору-биохимику Надежде Кулевой — удалось обнаружить экологически безопасные соединения, которые можно использовать в качестве защиты поверхностей от биообрастания.
Инновационное покрытие уже протестировали в природных условиях – в бассейнах Белого и Южно-Китайского морей, а в данный момент идут испытания соединений на морских звёздах и спорах морской бурой водоросли в лабораторных условиях «Обсерватории экологической безопасности» СПбГУ.
Российские учёные также исследовали вопрос закономерностей прикрепления живых организмов к твёрдым поверхностям. Чаще всего это происходит на ранних стадиях развития: изначально временно, а затем и на постоянной основе.
Обусловлено это тем, что организму необходимо максимально крепко прирасти к судну, чтобы его не оторвало течением.
Исследователи пришли к выводу, что воздействовать на организмы необходимо именно на этапе «временного закрепления», до того момента, когда они окончательно прирастут к поверхности.
На достигнутом исследователи не останавливаются. В самое ближайшее время учёные из СПбГУ совместно с химиками из НИИ синтетического каучука имени академика С. В. Лебедева планируют протестировать в качестве защиты от биообрастания оксид азота.
Эта молекула обратимо изменяет функции белков, напрямую влияя на способность личинок различных организмов к прикреплению. Помимо всего прочего, учёные также ищут способ снизить токсичность классических соединений, содержащих медь.
Российские учёные считают, что их разработки окажутся востребованными во всём мире, учитывая масштаб проблемы биообрастания.
Представьте себе, сколько нам нужно иметь на борту еды для долгого путешествия на Марс. Поскольку провозить больше ресурсов означает более высокие затраты – чем тяжелее космический корабль, тем больше…
Старение – естественная часть жизни любого живого организма, включая человека. Но это не останавливает многих энтузиастов от мира науки, ведь так велик соблазн победить природу, максимально отсрочивая…
Ученые совершили научный прорыв, способный открыть двери к новому способу добычи и источнику ядерного топлива – Мировому океану, в котором содержится накопившееся за долгое время химическое вещество. …
Применение наночастиц в медицине является очень перспективной разработкой. Но есть у этой технологии и существенный минус: дорогостоящие в производстве наночастицы являются крайне не таргетированными….
Защита конденсаторов от биообрастаний
Назаровская ГРЭС, входящая в состав Енисейской ТГК (ТГК-13), выдает среднегодовую мощность 5,4 млрд кВт•ч по электричеству и 588 тыс. Гкал•ч по теплу. Для систем охлаждения используется необработанная вода р.
Чулым, что неизбежно приводит к образованию биопленки из грибков и бактерий, напоминающей слизь, на внутренних поверхностях системы охлаждения ГРЭС, а в особенности внутри конденсаторов пара, которая снижает эффективность теплообмена и в конечном счете приводит к перерасходу топлива.
Конденсаторы приходится периодически останавливать для очистки, что в свою очередь приводит к росту издержек и сокращает срок службы оборудования.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Проанализировав существующие методы предотвращения и удаления биообрастаний, руководство ГРЭС сделало выбор в пользу системы Акваклер, где подавление биообрастаний осуществляется при помощи электромагнитного поля, которое сообщает электрический заряд нходящимся в воде микроорганизмам.
При этом возникает осмотическое давление, заставляющее молекулы воды со всех сторон массово проникать внутрь бактерий, что приводит к мгновенному разрыву их оболочек.
Данный метод подавления биообрастаний в системах охлаждения характеризуется высокой функциональной эффективностью, надежностью, он безопасен для окружающей среды, что особенно важно для систем охлаждения, построенных по открытой схеме.
Следует отметить, что на Назаровской ГРЭС впервые в России применены устройства Акваклер многопроцессорного типа, позволяющие эффективно обрабатывать воду в трубопроводах большого диаметра на всю глубину (диаметр циркуляционных водоводов составляет 1420 мм).
Они имеют единый магнитопровод, на котором размещено несколько синхронно работающих процессорных модулей (для диаметра 1420 мм таких модулей три).
Система Акваклер монтируется поверх подводя-щих и отводящих циркуляционных водоводов конденсаторов, без остановок работы системы охлаждения. Максимально возможный диаметр трубопроводов – 3000 мм.
По заявлению производителя оборудования, компании Hydropath Holdings (Великобритания), устройства многопроцессорного типа позволяют добиться большей эффективности при подавлении биообрастаний, чем модели Акваклер с одним процессорным блоком.
Промежуточный отчет о работе устройств Акваклер
Согласно данных системы мониторинга, конденсаторы пара работают штатно. В связи с переключением на летний режим работы, 15 мая 2012 г. энергоблок №2 находился в холодном резерве (был остановлен). На этот момент устройства Акваклер Custom P-56″ уже отработали 2,5 месяца.
Пользуясь возможностью, эксплуатационная служба вскрыла конденсаторы пара для визуального осмотра. Местами на трубной решетке присутствовали некие образования органической природы, тем не менее, было обнаружено, что трубки конденсатора чистые. По словам заместителя начальника котлотурбинного цеха О.В.
Штурмана, который лично производил осмотр, «наблюдаемые загрязнения трубной доски конденсаторов имеют мягкий слизистоподобный вид, который легко смывается струей холодной воды». Хотя эти образования можно было легко удалить, было решено очистку не проводить, конденсатор закрыть и продолжить работу.
На основании полученных данных возможно сделать вывод, что в паводковый период, несмотря на сезонное ухудшение качества воды, благодаря системе Акваклер, конденсаторы пара энергоблока работали стабильно.
Но если в весенний период отложения в конденсаторах пара имеют в основном наносной характер, то в летний период наблюдается бурный рост микроорганизмов, сопровождающийся «цветением воды» и возникновением биообрастаний.
Работа Акваклер в летний период
В июне 2012 г. температура воды в р. Чулым достигла аномально высокого уровня в +24 °С, что способствовало активному росту микроорганизмов в воде. 3 июля во время плановой остановки энергоблока конденсаторы были вскрыты.
Было обнаружено, что трубная доска покрыта желеподобной слизью серо-коричневого цвета. При высыхании слизь превращалась в отложения желтовато-коричневого цвета. Но и то, и другое легко поддавалось вымыванию струей воды.
Для оценки объема загрязнений в трубках, с противоположной стороны конденсатора пара была организована подача холодной воды из шланга в трубки. Первоначально из трубок лилась жижа коричневого цвета.
Уже через 7–10 секунд вода светлела и становилась полностью прозрачной через 25–30 секунд.
Таким методом было решено провести полную очистку конденсаторов и после запуска энергоблока в работу оценить величину изменения температурного напора вследствие очистки трубок от отложений.
Опыт эксплуатации системы Акваклер показал, что ее применение позволяет снизить потери на перерасход (пережог) топлива вследствие недостаточно эффективного охлаждения конденсаторов, сократить время простоя конденсатора для очисток (вследствие увеличения интервала между очистками и сокращения их длительности), а также сократить потребление электроэнергии для собственных нужд из-за снижения нагрузки на циркуляционные насосы.
Журнал “Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ” №4 (14), 2012
