Гидроотвал отходов промышленных предприятий

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при создании гидроотвала отходов промышленных предприятий. Гидроотвал содержит размещенные в огражденной дамбами секции складирования водосбросной колодец, отводящий коллектор и дренажную систему глубинного перехвата фильтрующей из секции складирования сточной воды. Дренажная система выполнена в грунтовом основании секции складирования в виде дренажных лучей, сходящихся в пределах водоприемной камеры. Водоприемная камера размещена под водосбросным колодцем и посредством насоса и водовода гидравлически сообщена с отводящим коллектором. Площадь секции складирования устанавливают по математической зависимости. Повышается надежность и экологическая безопасность за счет предотвращения образования дисбалансной воды в оборотном водоснабжении. 4 ил.

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при создании гидроотвала отходов промышленных предприятий, например золошлаков тепловых электростанций, хвостов рудообогащения и др.

Известен насыпной золошлакоотвал, в котором заданная скорость наращивания золошлакоотвала по высоте обеспечивает аккумулирование всей инфильтрующей в него влаги атмосферных осадков и пылеподавления за счет "свободно удерживаемой" равновесной влажности золошлаков W_max, то есть только за счет "бессточного" повышения влажности (А.с. СССР №1792462, МПК Е 02 В 7/01, опубл. 30.01.93). Это достигается за счет того, что влажность W_max у золошлаков достаточно велика. Она может достигнуть величины 0,4 и обеспечить степень влажности g 0,5 и более (отношения объема воды к объему пор в единице объема золошлаков). Однако даже в таком случае "бессточность" золошлакоотвала достигается за счет относительно высокой скорости наращивания золошлакоотвала. Достижение "бессточности" золошлакоотвала еще более затрудняется в случае, когда золошлаки имеют высокую начальную влажность, например, при перескладировании золошлаков из оперативного гидроотвала в основной насыпной золошлакоотвал. В этом случае золошлак при уплотнении полностью водонасыщается и приобретает способность отдавать воду, что дополнительно создает трудности при передвижении транспортных средств по поверхности отсыпаемых золошлаков. В этом случае "бессточность" золошлакоотвала все же достигается за счет того, что при послойной укладке в насыпной золошлакоотвал в слой добавляется сухая зола, взятая непосредственно от котлоагрегата, а скорость наращивания тела золошлакоотвала увеличивается в сравнении с раннее описанным примером в соответствии с приведенной в источнике зависимостью (Пат. РФ №2185477, опубл. 20.07.02). Это техническое решение успешно реализовано на золошлакоотвале Красноярской ТЭЦ-2.

Относительно просто "бессточность" насыпного золошлакоотвала достигается в зоне распространения вечной мерзлоты (Заявка №2005109869 от 05.04.05. на патент РФ). При выполнении всех технологических правил, предусмотренных в этом источнике, в порах золошлаков аккумулируются все атмосферные осадки, загрязненные при возведении насыпного золошлакоотвала мерзлого типа, и, таким образом, обеспечивается его "бессточность". При этом величина степени влажности g золошлаков, осредненная по всему объему золошлакоотвала, достигает величины 0,6-0,7, что обеспечивает создание "бессточного" золошлакоотвала мерзлого типа при годовом количестве осадков 0,6-0,7 и более метров водяного столба.

Бессточные гидроотвалы промышленных отходов, снабженные системами оборотного водоснабжения, также известны и характеризуются тем, что в них степень влажности g отходов по величине близка к единице. Бессточность таких гидроотвалов независимо от конструктивных решений достигается чаще всего тремя путями (соответственно три типа гидроотвалов), а именно: экранизация всей поверхности емкости гидроотвала; выполнения по периметру гидроотвала гидрозавесы; выполнение в основание гидроотвала дренажной системы глубинного перехвата фильтрующей из секции складирования сточной воды. Первый путь дорог и не всегда надежен; второй - возможен при благоприятных топографических и гидрогеологических условиях, но неизбежно связан с появлением загрязненных дисбалансовых вод; третий - слабо развит в конструктивном отношении и также связан с возможностью появления загрязненных дисбалансовых вод.

Для предлагаемого изобретения в качестве прототипа выбран гидроотвал последнего типа, описанный в патенте РФ №2252295, опубл. 20.05.05. Этот гидроотвал отходов промышленных предприятий содержит размещенные в огражденной дамбами секции складирования водосбросной колодец, отводящий коллектор и дренажную систему глубинного перехвата фильтрующей из секции складирования сточной воды. Эта дренажная система выполнена в грунтовом основании секции складирования в виде дренажных лучей, сходящихся в пределах водоприемной камеры, размещенной под водосбросным колодцем и посредством насоса и водовода гидравлически сообщенной с отводящим коллектором.

Такой гидроотвал недостаточно надежен и недостаточно экологически безопасен из-за того, что он допускает образование дисбалансной воды в оборотном водоснабжении. Это объясняется тем, что вода атмосферных осадков и вовлекаемая в дренажную систему глубинного перехвата чистая природная грунтовая вода могут создать значительный объем дисбалансной (лишней) воды, которую предприятие часто без очистки возвращает в природу.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и экологической безопасности за счет предотвращения образования дисбалансной воды в оборотном водоснабжении.

Поставленная задача решается тем, что в гидроотвале отходов промышленных предприятий, содержащем размещенные в огражденной дамбами секции складирования водосбросной колодец, отводящий коллектор и дренажную систему глубинного перехвата фильтрующей из секции складирования сточной воды, которая выполнена в грунтовом основании секции складирования в виде дренажных лучей, сходящихся в пределах водоприемной камеры, размещенной под водосбросным колодцем и посредством насоса и водовода гидравлически сообщенной с отводящим коллектором, согласно изобретению величина площади S секции складирования удовлетворяет соотношению:

то же:

где Q - прием секцией отходов за год, т;

n - пористость отходов в секции;

γ_o - плотность частиц отходов (удельный вес);

h_o - расчетная величина атмосферных годовых осадков на единицу площади секции, м вод.ст.;

h_u - расчетная величина годовой потери воды на испарение со всей площади секции, отнесенная на единицу площади секции, м вод.ст.;

ε - коэффициент пористости.

Сущность технического решения заключается прежде всего в том, что атмосферная вода (осадки, уменьшенные на величину испарения), потенциально способная образовать дисбаланс в системе оборотного водоснабжения, вся расходуется на заполнение пор в отходах.

На фиг.1 показан план гидроотвала; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1.

Гидроотвал включает заполненную отходами 1 и выведенную из цикла складирования секции 2 и примкнутую к ней секцию складирования 3, земляная емкость которой образована дамбой 4. В секции складирования 3 размещены два водосбросных колодца 5, каждый из которых сообщен с оборотной системой водоснабжения (не показана) посредством самотечного отводящего коллектора 6, и самотечная дренажная система глубинного перехвата фильтрующей из секции складирования 3 сточной воды 7, размещенная в грунтовом основании 8 ниже бытового уровня 9 природной грунтовой воды.

Водоприемные элементы дренажной системы выполнены в виде дренажных лучей 10, сходящихся в пределах двух водоприемных камер 11, каждая из которых выполнена под водосбросным колодцем 5, имеет с его фундаментной частью 12 общий корпус 13 и посредством насоса 14 и водовода 15 с обратным клапаном 16 гидравлически сообщена с отводящим коллектором 6.

Дренажный луч 10 содержит размещенную в траншее 17 (фиг.3) перфорированную трубу 18, окруженную обратным фильтром 19, который сверху покрыт слоем 20 слабофильтрующего материала. Сходящийся конец каждого дренажного луча 10 в пределах водоприемной камеры 11 снабжен запорным устройством 21, а каждый расходящийся конец выполнен свободным или соединительным трубчатым дренажом 22 соединен с расходящимся концом другого дренажного луча 10 этой же водоприемной камеры 11 или пристыкован к расходящемуся концу дренажного луча 10 другой водоприемной камеры 11.

Отводящий коллектор 6 выполнен в виде железобетонной галерее 23, в нижней части которой размещен отводящий канал 24, а в отделенной от него перегородкой 25 верхней части - проход 26, обслуживающий отводящий канал 24 и водоприемную камеру 11. В пределах общего корпуса 13 (фиг.2) проход 26 посредством полости 27 сообщен с водоприемной камерой 11, которая на случай затопления снабжена аварийным вертикальным стволом в виде металлической трубы 28 (фиг.1), размещенной вдоль глухой стенки 29 водосливной (шандорной) части 30 водосбросного колодца 5, имеющей диаметр не менее 80 сантиметров и используемой при эксплуатации в качестве вентиляционного канала.

При низком бытовом уровне природных грунтовых вод 9, а также при недостаточной при эксплуатации секции складирования 3 производительности размещенных в траншеях 17 дренажных лучей 10 устраивают дренажные лучи 31 (фиг.2) путем вдавливания их звеньев в грунтовое основание 8 из водосборной камеры 11 известными способами. По периметру секции складирования 3 и внутри отводящего коллектора 6 устраивают скважины 32 режимной сети.

Основной особенностью настоящего гидроотвала является то, что величина площади S секции складирования удовлетворяет соотношению:

то же:

где Q - прием секцией отходов за год, т;

n - пористость отходов в секции;

γ_o - плотность частиц отходов (удельный вес);

h_o - расчетная величина атмосферных годовых осадков на единицу площади секции, м вод.ст.;

h_u - расчетная величина годовой потери воды на испарение со всей площади секции, отнесенная на единицу площади секции, м вод.ст.;

ε - коэффициент пористости.

Для удобства при равенстве частей в соотношениях (1) и (2), крайний случай, целесообразно площадь секции складирования обозначить с индексом, например, S_o.

При складировании отходов Q годового объема твердых частиц отходов , а годовой объем пор в этом объеме отходов . При условии, что весь объем пор V_n бессточно заполняется только атмосферной влагой, объем которой выражается величиной , можно записать: . Из чего следует:

то же

Создание гидроотвала и его работа осуществляются следующим образом. После сбора исходных данных по зависимости (3) или (4) определяется предварительная площадь S_o секции складирования. Одновременно оценивается возможность попадания через дренажную систему глубинного перехвата в водоприемную камеру 11 чистой природной воды, что по последствию эквивалентно увеличению атмосферной воды h_o-h_и. Поэтому при необходимости площадь S_o секции уменьшают на 5-10%. Если же в оборотную систему водоснабжения включен бассейн осветленной воды (на чертежах не показан), то применительно местным условиям аналогичным образом рассматривается и его влияние на площадь секции S_o. После чего рабочая формула для определения площади секции складирования S может быть предоставлена как:

где k<1 и обычно принимается 0,8-0,9.

Формула (5) не входит в противоречие с соотношениями (1) и (2), а является их частичным случаем.

Пример. Предприятие за год сбрасывает в секции гидроотвала 500000 тонн золошлаков. При γ_о=2,5 т/м³, n=0,5, ε=1, h_o-h_и=0,5 и k=0,8 по рабочей формуле (5) находим площадь секции:

Годовой объем золошлаков .

Тогда высота годового слоя складирования золошлаков в секции

После определения площади S секции складирования по рабочей формуле (5) и одновременно с возведением дамб 4 внутри создаваемой секции складирования 3 устраивают водосборные колодцы 5, отводящие коллекторы 6 и элементы дренажной системы: водоприемные камеры 11 и дренажные лучи 10 и/или 31 (последние при необходимости). После этого при закрытых в водосборных камерах запорных устройствах 21 в секцию складирования 3 по пульпопроводам (не показаны) подают отходы 1, складирование которых осуществляют с образованием вокруг водосборных колодцев отстойного пруда 33 сточной воды 7, общего для обеих водосборных колодцев 5 или отдельного для каждого из них (фиг.2).

После покрытия при необходимости грунтового основания 8 слоем отходов 1 заданной толщины "а" (фиг.3) открытием запорных устройств 21 на дренажных лучах 10 и/или 31 и включением насосов 14 задействуют дренажную систему.

Степенью открытия запорных устройств 21 и поддержанием посредством насосов 14 заданного уровня 34 сточной воды 7 в водоприемных камерах 11 осуществляют отвод забранной сточной воды 7 интенсивностью, обеспечивающей образование в грунтовом основании 8 депрессионной воронки 35 с поверхностью 36, вмещающей в плане всю секцию складирования 3. Это предотвращает образование под секцией складирования 3 купола растекания сточной воды 7, профильтровавшейся из этой секции в виде потока капель, и обеспечивает возврат из грунтового основания сточных вод, профильтровавших в начальный период складирования отходов.

Отводимая дренажной системой из грунтового основания 8 за пределы секции складирования 3 в бассейн (не показан) вода состоит в большей части из сточной воды и в существенно меньшей - из природной грунтовой, поступившей в дренажную систему из окружающей секцию складирования местности под действием гидравлических уклонов в сторону секции складирования. При возникновении дисбаланса в системе водоснабжения предприятия поступление природной грунтовой воды в дренажную систему полностью исключают путем повышения поверхности воды в депрессионной воронке и создания за счет этого околонулевых уклонов поверхности воды по периметру секции складирования. Это достигается путем прикрытия запорных устройств 21 и/или путем поднятия уровня 34 сточной воды в водоприемных камерах 11.

Полноту предотвращения загрязнения природных грунтовых вод промышленными отходами контролируют по скважинам 32 режимной сети.

Гидравлическое соединение двух дренажных лучей 10 соединительным дренажем 22 или их пристыковкой друг к другу повышает ремонтопригодность таких дренажных лучей 10, которые промываются с использованием насосов и компрессоров.

Доступ в верхнюю часть водоприемной камеры 11 при необходимости может быть осуществлен через металлическую трубу 28.

В год с малым количеством атмосферных осадков h_o (точнее: с малой величиной h_o-h_и) и/или при существенном увеличении сбрасывания в гидроотвал отходов Q может образоваться дисбаланс воды в виде ее недостаточности в оборотном водоснабжении - прежде всего в отстойном пруде. В этом случае пополнение оборотного водоснабжения целесообразно осуществить путем увеличения забора воды из дренажной системы. Это с неизбежностью приведет к увеличению забора дренажной системой чистой природной грунтовой воды, а следовательно, и к увеличению депрессионной воронки 35. Последнее полностью исключит проникновение сточной воды через основание гидроотвала в природную грунтовую воду.

В предложенном гидроотвале полностью предотвращается образование дисбалансной (лишней) воды в оборотном водоснабжении за счет того, что вся атмосферная вода и природная грунтовая вода, поступившая в дренажную систему, расходуется на заполнение пор в отходах.

Гидроотвал отходов промышленных предприятий, содержащий размещенные в огражденной дамбами секции складирования водосбросной колодец, отводящий коллектор и дренажную систему глубинного перехвата фильтрующей из секции складирования сточной воды, которая выполнена в грунтовом основании секции складирования в виде дренажных лучей, сходящихся в пределах водоприемной камеры, размещенной под водосбросным колодцем и посредством насоса и водовода гидравлически сообщенной с отводящим коллектором, отличающийся тем, что величина площади S секции складирования удовлетворяет соотношению

где Q - прием секцией отходов за год, т;

n - пористость отходов в секции;

γ_o - плотность частиц отходов (удельный вес);

h_o - расчетная величина атмосферных годовых осадков на единицу площади секции, м вод.ст.;

h_u - расчетная величина годовой потери воды на испарение со всей площади секции, отнесенная на единицу площади секции, м вод.ст.