Способ улавливания с поверхности водоема плавающих полых зольных микросфер и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для улавливания с поверхности водоемов плавающих мелкодисперсных органических веществ - полых зольных микросфер с целью дальнейшей их утилизации. Способ включает локализацию участка поверхности водоема с плавающими полыми зольными микросферами плавающим заграждением, постепенное сжатие локализованного участка путем вытягивания заграждения и откачивание с этого участка сгущенной суспензии “вода-микросферы” в приемные емкости, где суспензию по мере ее поступления обезвоживают. Забор суспензии вначале ведут в приемные сборники, открытая верхняя часть которых имеет переливной порог, находящийся на границе слоя суспензии “вода-микросферы”. Из приемных сборников суспензию откачивают в приемные емкости. В процессе откачивания перед поступлением суспензии в приемные емкости осуществляют ее предварительное обезвоживание. Обезвоживание суспензии до требуемой влажности полых зольных микросфер производят в приемных емкостях одновременно с их заполнением, и затем в этих же емкостях транспортируют полые зольные микросферы для дальнейшей переработки. Устройство для осуществления способа содержит плавающее заграждение с приспособлением для его вытягивания, заборное устройство переливного типа, выполненное в виде погруженного в воду приемного сборника с открытой верхней частью, снабженного сороудерживающей корзиной и соединенного трубопроводом с откачивающим средством и напорным трубопроводом последнего с приемными емкостями для накопления полых зольных микросфер. Открытая верхняя часть приемного сборника снабжена переливным порогом, погруженным в воду так, что он находится на границе слоя суспензии “вода-микросферы”. Сливной патрубок на конце напорного трубопровода и приемные емкости для накопления полых зольных микросфер выполнены из фильтрующего материала. Изобретение обеспечивает повышение эффективности улавливания полых зольных микросфер с поверхности водоема за счет создания оптимальной толщины слоя суспензии “вода-микросферы” в зоне забора, позволяющей осуществить предварительное ее сгущение и откачивание непосредственно в приемные емкости, предназначенные для транспортирования, где производят ее обезвоживание до оптимальной влажности. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для улавливании с поверхности водоемов плавающих мелкодисперсных органических веществ - полых зольных микросфер (ценосфер), в том числе с акватории технологических водоемов тепловых электростанций (ТЭС) (золоотвалов, прудов оборотного водоснабжения, обводных каналов и др.), с целью дальнейшей утилизации. Способ может быть использован для очистки водоемов от других легких плавающих мелкодисперсных веществ.

Известно, что при производстве композиционных материалов в различных областях промышленности используются мелкодисперсные наполнители, в том числе полые микросферы, в частности полые зольные микросферы (ценосферы).

Вместе с тем, промышленное производство искусственных полых микросфер ограничено из-за сложной технологии и высокой себестоимости.

Известно, что в результате сжигания каменного угля на ТЭС в мире ежегодно образуется до 600 млн. тонн золошлаковых отходов, из них для различных целей используется не более 11,4% [Энергетическое строительство за рубежом, 1989, №1, с.36-37; Бетон и железобетон, №10, с.45-46]. Из общего количества золошлаковых отходов ТЭС около 1% составляют полые зольные микросферы (ценосферы), которые имеют размер частиц менее 1 мм и удельный вес 0,3 – 0,5 г/см³.

Захоронение золошлаковых отходов осуществляется в золоотвалах, куда они попадают по системе гидрозолоудаления в виде водной суспензии. В золоотвале, в результате гравитационного разделения водной суспензии, полые зольные микросферы отделяются от золы уноса, шлака, несгоревшего угля, всплывают на поверхность водоема и вместе с осветленной водой поступают в отстойный пруд и другие технологические водоемы системы гидрозолоудаления ТЭС, на акваториях которых происходит их накопление в виде тонкой пленки. При попадании на берег полые зольные микросферы обсыхают и в результате ветровой эрозии вместе с другими отходами от сгорания каменного угля рассеиваются в атмосфере, отрицательно влияя на экологическую обстановку на прилегающих к ТЭС территориях.

Захоронение отходов от сгорания каменного угля на ТЭС связано с отчуждением земель, значительными расходами на содержание системы гидрозолоудаления и золоотвалов, загрязнением окружающих территорий, воздушной и водной сред. Поэтому использование этих отходов, в том числе полых зольных микросфер, является важной научно-технической и природоохранной задачей.

Известны различные способы улавливания с поверхности водоемов плавающих загрязнений (нефтяных пленок, мелкодисперсных веществ, в том числе полых зольных микросфер, мусора и др.) с использованием механических средств для их извлечения и перекачивания насосами с последующим отделением от транспортирующей воды.

Для улавливания с поверхности водоемов плавающих загрязнений применяют такие известные приспособления, как поплавки из трубопроводов и насосы [Патент Великобритании № 2146991]; плавающие средства, имеющие флотационный отсек, и двигательные установки, создающие контролируемую зону скопления загрязнения, поверхностный слой которых полностью или частично отделяется от воды с помощью переливной разделительной перегородки [Патент США № 5122283]. Улавливание плавающих мелкодисперсных веществ с поверхности водоема также осуществляют с помощью всасывающих труб с улавливающими головками на конце, частично погруженными в воду [Патент США № 5126040].

Известно устройство для выделения полых зольных микросфер из золошлаковой пульпы, содержащее конический корпус с патрубками для подвода и отвода пульпы, а также приспособление для улавливания полых зольных микросфер, выполненное в виде ножа, совершающего периодический съем микросфер с поверхности водоема. Для увеличения выхода микросфер в устройстве предусмотрено механическое перемешивающее устройство также периодического действия [Патент Великобритании № 1527485].

В этих способах и устройствах для улавливания плавающих загрязнений с поверхности водоема используют динамические насосы для их перекачивания. Однако водная суспензия полых зольных микросфер представляет собой капиллярно-пористую структуру с большим содержанием воздуха, поэтому применение динамических насосов для ее перекачивания неэффективно. Кроме того, в процессе перекачивания динамическими насосами происходит разрушение оболочки полых зольных микросфер, что снижает их качество и ограничивает область применения. Известно, что при перекачивании тонкой пленки загрязнений с поверхности водоема образуются водные суспензии с большим содержанием воды (70÷95%), а эффективность улавливания полых зольных микросфер зависит от толщины их слоя на поверхности водоема. Для дальнейшего транспортирования на переработку и утилизацию полых зольных микросфер необходимо иметь влажность не более 20%, поэтому для их обезвоживания применяют различные методы [Кизильштейн Л.Я., Дубов И.В. и др. Компоненты зол и шлаков ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1995]. Кроме того, перевозка этой массы с высокой влажностью значительно удорожает процесс транспортировки. Все это усложняет процесс добычи и переработки полых зольных микросфер и повышает их себестоимость.

Известен способ очистки поверхности водоема от плавающих загрязнений, согласно которому загрязненный участок водоема локализуют плавающим гибким ленточным заграждением, один конец которого закреплен, затем уменьшают площадь локализованного участка путем вытягивания второго конца заграждения до образования толщины слоя плавающих загрязнений, необходимой для оптимальной работы заборного устройства, и одновременно с этим ведут их откачивание. Предельно возможная толщина слоя плавающих загрязнений ограничивается условием неперетекания их через верхнюю и нижнюю кромки заграждения и определяется по приведенной зависимости (см. Авторское свидетельство СССР № 1802842, кл. Е 02 В 15/04, 1993).

Основным недостатком известного способа очистки поверхности водоема от плавающих загрязнений является то, что согласно этой зависимости скорость вытягивания ленточного заграждения для создания оптимальной толщины слоя плавающих веществ связана с производительностью откачивающего устройства и с техническими характеристиками материала, из которого выполнено заграждение. Применение известного условия формирования необходимой толщины слоя в зоне забора невозможно для откачивания полых зольных микросфер, так как скопление их на поверхности водоема представляет собой капиллярно-пористые мелкодисперсные системы с большим содержанием в них воздуха, что сужает область применения известного способа. Поэтому для транспортировки уловленных полых зольных микросфер к месту утилизации их дополнительно обезвоживают до влажности не более 20%.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению в части способа является способ улавливания с поверхности водоема плавающих загрязнений (полых микросфер), описанный в патенте RU 2143517, опубл. 27.12.1999, кл. Е 02 В 15/04, согласно которому осуществляют локализацию участка поверхности водоема с плавающими полыми зольными микросферами плавающим заграждением, постепенное сжатие локализованного участка путем вытягивания заграждения и откачивание с этого участка сгущенной суспензии “вода-микросферы” в приемные емкости, где суспензию по мере ее поступления обезвоживают.

Основным недостатком применения этого известного способа для улавливания микросфер является невысокая эффективность из-за перекачивания тонкого слоя полых микросфер с большим количеством воды, в результате чего получают водные суспензии с большим содержанием воды, что усложняет дальнейшие методы их обезвоживания (до 20%) и увеличивает себестоимость способа.

Известно устройство для улавливания плавающих загрязнений (нефтяных пятен) с поверхности водоема, которое содержит сетку с размером ячеек 2,5 мм, прикрепленную к буйкам вертикально, для локализации участка забора и сжатия локализованного участка путем подкручивания сетки и насос, перекачивающий уловленные загрязнения на судно в емкости. Насос имеет всасывающий трубопровод и может размещаться на берегу или там, где накапливаются уловленные загрязнения. Для улавливания может быть использована механическая черпалка или режущее устройство, выполненное в виде скальпеля, которым срезается тонкий слой загрязнений с локализованного участка, после чего их подвергают сушке [Патент Великобритании № 2105603, кл. Е 02 В 1/04, 1983].

Так как дисперсность полых зольных микросфер составляет менее 1 мм, использовать сетку с размером ячеек 2,5 мм в качестве заграждения для их улавливания не представляется возможным.

В другом известном устройстве для улавливании плавающих загрязнений с поверхности водоема, содержащем закрепленные на судне боновое заграждение с приспособлением для его подтягивания на определенный угол, стрелу с сетчатой корзиной-контейнером, частично погруженной в воду с возможностью ее перемещения и открытой передней стенкой для затекания плавающих загрязнений, и насос для перекачивания их на судно [Авторское свидетельство СССР № 1386023, кл. В 63 В 35/32, 1984].

Однако и это устройство обладает рядом недостатков: приспособления для подтягивания бонового заграждения являются конструктивно сложными, не предусмотрена концентрация плавающих загрязнений в зоне забора, что снижает эффективность работы устройства. Такое устройство невозможно использовать для улавливания трехфазных систем: вода – загрязняющее вещество – воздух, какими являются водные суспензии полых зольных микросфер.

Известны резервуары для сбора и накопления плавающих на поверхности водоема загрязнений производства ООО ЛЕСОРБ и ООО СЭП марки РР-3,5,7 [см. www.bryansk.ru/lessorb], которые представляют собой цилиндрическую обечайку, выполненную из листового алюминия, внутри которой установлен герметичный чехол, выполненный из герметичной полимерной ткани, с горловиной и вентилем для слива воды.

Недостаток известных резервуаров – в них нельзя производить обезвоживание уловленных полых зольных микросфер.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению (прототипом) в части устройства, которое может быть использовано для улавливания полых зольных микросфер, является устройство для улавливания плавающих загрязнений с поверхности водоема, содержащее плавающее заграждение с приспособлением для его вытягивания, заборное устройство переливного типа, выполненное в виде погруженного в воду приемного сборника с открытой верхней частью, снабженного сороудерживающей корзиной и соединенного трубопроводом с откачивающим средством и напорным трубопроводом последнего с приемными емкостями для накопления полых зольных микросфер [Патент РФ № 2044827, кл. Е 02 В 15/04, 1995].

Основным недостатком известного устройства является то, что оно может использоваться только совместно с судном, а наличие нескольких боновых заграждений для локализации загрязнений с подтягивающими приспособлениями, закрепленными на судне, усложняет конструкцию и не позволяет создать необходимую толщину слоя полых зольных микросфер в зоне забора. Это снижает эффективность работы известного устройства и ограничивает область его применения. Кроме того, выполнение заборного устройства (емкость и контейнер) только с одной открытой передней стенкой снижает производительность устройства или увеличивает его габариты.

Техническим результатом изобретения в части способа и в части устройства является повышение эффективности улавливания полых зольных микросфер с поверхности водоема, выражающееся в более быстром и более полном улавливании микросфер с поверхности водоемов за счет создания оптимальной толщины слоя суспензии “вода-микросферы” в зоне забора, обеспечивающей предварительное ее сгущение и откачивание непосредственно в приемные емкости, предназначенные для транспортирования. Емкости выполнены из фильтрующего материала, что дает возможность повысить эффективность получения полых зольных микросфер с влажностью не более 20%, обеспечивающей их сохранность при транспортировке и удешевляющей процесс перевоза микросфер. Кроме того, получаемая при этом масса с количеством воды около 20% значительно удешевляет транспортные расходы, а также обеспечивает сохранность микросфер, необходимую для их дальнейшей утилизации.

Этот технический результат в части способа достигается тем, что в способе улавливания полых зольных микросфер с поверхности водоема, включающем локализацию участка поверхности водоема с плавающими полыми зольными микросферами плавающим заграждением, постепенное сжатие локализованного участка путем вытягивания заграждения и откачивание с этого участка сгущенной суспензии “вода-микросферы” в приемные емкости, где суспензию по мере ее поступления обезвоживают, забор суспензии вначале ведут в приемные сборники, открытая верхняя часть которых имеет переливной порог, находящийся на границе слоя суспензии “вода-микросферы”, затем из приемных сборников суспензию откачивают в приемные емкости, при этом в процессе откачивания перед поступлением суспензии в приемные емкости осуществляют ее предварительное обезвоживание, а обезвоживание суспензии до требуемой влажности полых зольных микросфер производят в приемных емкостях одновременно с их заполнением, и затем в этих же емкостях транспортируют полые зольные микросферы для дальнейшей переработки.

Технический результат в части устройства достигается тем, что в известном устройстве для улавливания полых зольных микросфер с поверхности водоема, содержащем плавающее заграждение с приспособлением для его вытягивания, заборное устройство переливного типа, выполненное в виде погруженного в воду приемного сборника с открытой верхней частью, снабженного сороудерживающей корзиной и соединенного трубопроводом с откачивающим средством и напорным трубопроводом последнего с приемными емкостями для накопления полых зольных микросфер, открытая верхняя часть приемного сборника снабжена переливным порогом, погруженным в воду так, что он находится на границе слоя суспензии “вода-микросферы”, а сливной патрубок на конце напорного трубопровода и приемные емкости для накопления полых зольных микросфер выполнены из фильтрующего материала.

Переливной порог может быть расположен по всему периметру верхней части приемного сборника.

Технический результат в заявляемом изобретении достигается следующим. Постепенное сжатие локализованного участка водоема плавающим заграждением путем вытягивания его со скоростью, обеспечивающей принудительное создание в нем требуемой концентрации суспензии “вода-микросферы”, позволяет достичь такой толщины слоя микросфер, которая обеспечивает предварительное сгущение суспензии. Этим достигается неразрывность сплошности потока суспензии при откачивании, повышается надежность и эффективность работы откачивающего устройства и сокращаются затраты на последующее обезвоживание уловленных полых зольных микросфер.

Откачивание предварительно сгущенной суспензии из локализованного участка водоема в приемные емкости для накопления, выполненные из фильтрующего материала, позволяет обезвоживать полые зольные микросферы до заданной влажности, что способствует повышению их качества, экономичности и эффективности последующей переработки и упрощает транспортировку.

Снабжение открытой верхней части стенки приемного сборника переливным порогом, погруженным в воду так, что он находится на границе раздела слоя суспензии “вода-микросферы”, позволяет снимать необходимый слой сгущенной суспензии в зоне забора и не допускает разбавление ее водой. Это обеспечивает повышение эффективности последующего обезвоживания суспензии в емкостях для накопления уловленных полых зольных микросфер.

Выполнение сливного патрубка на конце напорного трубопровода и приемных емкостей для накопления из фильтрующего материала позволяет обезвоживать предварительно сгущенную суспензию в том числе и непосредственно в емкостях для накопления до заданной влажности и транспортировать их на дальнейшую переработку, что упрощает процесс улавливания полых зольных микросфер.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема улавливания полых зольных микросфер; на фиг. 2 – заборное устройство в разрезе.

Устройство для улавливания полых зольных микросфер с поверхности водоема содержит плавающее заграждение 1 для локализации поверхности водоема в зоне забора 2, приспособление 3 для вытягивания заграждения 1 и сжатия локализованного участка, заборное устройство 4 переливного типа, выполненное в виде погруженного в воду приемного сборника 5 с открытой верхней частью, снабженного сороудерживающей корзиной 6 и соединенного трубопроводом 7 с откачивающим средством 8 и напорным трубопроводом 9 последнего – с приемными емкостями 10 для накопления и обезвоживания полых зольных микросфер. Открытая верхняя часть приемного сборника 5 снабжена переливным порогом 11, погруженным в водоем так, что он находится на границе 12 слоя суспензии "вода-микросферы". Сливной патрубок 13 на конце напорного трубопровода 9 и приемные емкости 10 для накопления и одновременного обезвоживания полых зольных микросфер выполнены из фильтрующего материала для предварительного обезвоживания суспензии перед ее закачиванием в приемные емкости 10. Переливной порог 11 может быть расположен по всему периметру открытой верхней части приемного сборника 5.

Заявляемый способ улавливания полых зольных микросфер с поверхности водоема осуществляется в описанном устройстве следующим образом.

Плавающим заграждением 1 локализуют участок 2 технологического водоема системы гидрозолоудаления ТЭС, на котором находятся скопления полых зольный микросфер. После этого ведут постепенное сжатие локализованного участка 2 путем подтягивания плавающего заграждения 1 приспособлением 3 со скоростью, обеспечивающей принудительное создание требуемой концентрации суспензии, обычно до концентрации суспензии с соотношением компонентов 1:1. Это позволяет обеспечить предварительное сгущение суспензии и неразрывность сплошности потока при ее откачивании средством 8. В локализованном участке 2 размещают заборное устройство 4 переливного типа, выполненное в виде погруженного в воду приемного сборника 5 с открытой верхней частью, снабженного сороудерживающей корзиной 6. В результате работы откачивающего средства 8 и постепенного сжатия локализованного участка 2 происходит поступление сгущенной суспензии полых зольных микросфер в приемный сборник 5 через переливной порог 11, который находится на границе 12 слоя суспензии “вода-микросферы”, обеспечивает снятие необходимого слоя сгущенной суспензии и не допускает чрезмерного разбавления ее водой. При наличии в локализованном участке посторонних плавающих загрязнений они задерживаются в сороудерживающей корзине 6, которая очищается по мере заполнения.

Из приемного сборника 5 по трубопроводу 7 суспензия откачивается средством 8 по напорному трубопроводу 9, снабженному сливным патрубком 13, в приемные емкости 10.

Так как сливной патрубок 13 и приемные емкости 10 выполнены из фильтрующего материала, одновременно с их заполнением происходит естественное обезвоживание суспензии до требуемой влажности полых зольных микросфер. Скорость заполнения приемных емкостей 10 изменяют в зависимости от соотношения количества воды и полых зольных микросфер в суспензии. После заполнения приемных емкостей 10 и обезвоживания уловленных полых микросфер до заданной влажности их транспортируют в этих же емкостях 10 для дальнейшей переработки. Перед заполнением приемных емкостей 10 происходит предварительное обезвоживание суспензии в сливном патрубке 13, выполненном также из фильтрующего материала.

Таким образом, обеспечивается эффективное улавливание полых зольных микросфер с поверхности технологических водоемов ТЭС, предварительное ее сгущение и откачивание непосредственно в приемные емкости, предназначенные для транспортирования, высокая надежность и качество очистки водоема, что улучшает экологическую обстановку на прилегающих к ТЭС территориях.

Формула изобретения

1. Способ улавливания с поверхности водоема плавающих полых зольных микросфер, включающий локализацию участка поверхности водоема с плавающими полыми зольными микросферами плавающим заграждением, постепенное сжатие локализованного участка путем вытягивания заграждения и откачивание с этого участка сгущенной суспензии “вода-микросферы” в приемные емкости, где суспензию по мере ее поступления обезвоживают, отличающийся тем, что забор суспензии вначале ведут в приемные сборники, открытая верхняя часть которых имеет переливной порог, находящийся на границе слоя суспензии “вода-микросферы”, затем из приемных сборников суспензию откачивают в приемные емкости, при этом в процессе откачивания перед поступлением суспензии в приемные емкости осуществляют ее предварительное обезвоживание, а обезвоживание суспензии до требуемой влажности полых зольных микросфер производят в приемных емкостях одновременно с их заполнением и затем в этих же емкостях транспортируют полые зольные микросферы для дальнейшей переработки.

2. Устройство для улавливания с поверхности водоема плавающих полых зольных микросфер, содержащее плавающее заграждение с приспособлением для его вытягивания, заборное устройство переливного типа, выполненное в виде погруженного в воду приемного сборника с открытой верхней частью, снабженного сороудерживающей корзиной и соединенного трубопроводом с откачивающим средством и напорным трубопроводом последнего с приемными емкостями для накопления полых зольных микросфер, отличающееся тем, что открытая верхняя часть приемного сборника снабжена переливным порогом, погруженным в воду так, что он находится на границе слоя суспензии “вода-микросферы”, а сливной патрубок на конце напорного трубопровода и приемные емкости для накопления полых зольных микросфер выполнены из фильтрующего материала.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что переливной порог расположен по всему периметру верхней части приемного сборника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2