Система для извлечения и переработки донных отложений
Полезная модель относится к системам сбора и переработки донных отложений рек, озер, прудов и иных поверхностных водных объектов. Заявляемая система включает дноуглубительный снаряд для подъема гидросмеси со дна водного объекта, транспортирующее средство для доставки гидросмеси к месту переработки, предварительный сепаратор для отделения из гидросмеси крупноразмерных твердых компонентов и мусора, установку для флокуляции гидросмеси, установку для обезвоживания гидросмеси, а также объединенный с предварительным сепаратором агрегат для разбавления гидросмеси водой, причем установка для обезвоживания гидросмеси включает по крайней мере два агрегата, один из которых выполнен в виде гравитационного стола, оснащенного транспортной лентой из пористого материала, а второй установлен последовательно первому и выполнен в виде отжимного фильтр-пресса.
Полезная модель относится к системам сбора и переработки донных отложений рек, озер, прудов и иных поверхностных водных объектов.
Проблема очистки дна поверхностных водных объектов от накопившихся донных отложений с целью восстановления условий судоходства, улучшения экологической обстановки или по иным причинам является актуальной особенно для крупных мегаполисов, расположенных вдоль рек, у озер, водохранилищ и т.п. Для подъема отложений со дна водных объектов в мировой практике разработано множество технологий, которые в самом общем случае можно отнести к двум различным категориям.
Первая группа технологий основана на извлечении осадка методом засасывания. При реализации данного метода на дно водного объекта одним концом опускают шланг и создают разрежение на другом конце этого шланга, в результате чего осадок со дна водного объекта с большим количеством сопутствующей воды поднимается на поверхность и заливается в накопительные емкости, баржи и пр. Установка, реализующая описанный метод, раскрыта, например, в патенте США №6640470, опубл. 04.11.2003.
Альтернативным методом подъема отложения является экскавационный метод, при котором твердый осадок со дна поднимают либо ковшом экскаватора (см. патент США №6823616, опубл. 30.11.2004) либо с помощью специальных драг (см. патент США №6712979, опубл. 30.03.2004).
Каждый из описанных методов имеет особенности, которые превращаются в преимущества или недостатки в зависимости от конкретных условий реализации. Так, в частности, при работе с однородным по составу минеральным осадком с точки зрения эффективности извлечения его со дна более предпочтителен метод засасывания. Данный метод обеспечивает минимальную взмучиваемость и незначительно воздействует на экосистему водного объекта. Экскавация, напротив, существенным образом воздействует на экосистему, однако, имеет перед засасыванием очень важное преимущество: объемное содержание твердого вещества в поднятой со дна водного объекта массе при его реализации значительно выше, а это значит, что затраты на транспортировку единицы объема осадка к месту переработки для него будут меньше. Кроме этого, экскавация не имеет альтернативы в тех случаях, когда осадок по своему составу неоднороден и наряду с минеральной составляющей в отложениях присутствуют органические компоненты.
Кардинальной проблемой утилизации донных отложений является их транспортировка к местам захоронения после переработки. Перед тем, как приступать к перемещению этих осадков необходимо каким-либо способом уменьшить объемное содержание воды в гидросмеси до 50-60%. Самым распространенным способом на практике является обезвоживание донных отложений в отстойниках-накопителях за счет длительного содержания и воздействия на гидросмесь факторов испарения и просачивания в грунт (см., например, патент США №6881010, опубл. 19.04.2005). Эти процессы происходят очень медленно из-за специфического связанного состояния воды в подобных гидросмесях. Кроме этого, стоимость земельных участков, занятых отстойниками,
особенно в пределах территорий мегаполисов, значительно удорожает весь процесс, а в ряде случаев делает его реализацию невозможной.
Существуют комплексы для извлечения и переработки донных отложений, использующие оригинальные технологии, например, за счет вымораживания донного осадка (см. патент США №5660055, опубл. 26.08.1997), либо с применением систем переработки нефтяных шламов, таких, например, как система по патенту РФ №2075447, МПК C 02 F 11/14, содержащая насосы, заборные устройства, термоотстойники, фильтры грубой и тонкой очистки, смесители, гидроциклон, центрифугу, сепараторы, устройства подачи деэмульгаторов, устройства культивирования биологических штаммов и очистки грунтов аэробными и анаэробными микроорганизмами, установку утилизации биомассы, устройство для вывода водно-иловой суспензии, устройство для размыва донного осадка с механизмом регулирования интенсивности размыва, устройства ввода питательных добавок и культивирования биоштаммов, устройства ввода водяного пара и сжатого воздуха.
Наиболее близкой по технической сущности и принятой за прототип является система для извлечения и переработки донных отложений (патент США №5656174, опубл. 12.08.1997), включающая драговый механизм для подъема гидросмеси со дна водного объекта транспортер для доставки гидросмеси к месту переработки, предварительный сепаратор для отделения из гидросмеси крупноразмерных твердых компонентов и мусора, установку для флокуляции гидросмеси и установку для обезвоживания гидросмеси.
Недостатком данной системы является низкая эффективность выделения твердой фракции из донного осадка в условиях смешанного минерального и органического состава особенно при значительном содержании глины.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности системы в виде снижения издержек при ее эксплуатации.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, состоящего в повышении эффективности обезвоживания донных отложений с одновременным уменьшением загрязненности сбрасываемой в водный объект воды.
Данный технический результат достигается тем, что в системе для извлечения и переработки донных отложений, включающей дноуглубительный снаряд для подъема гидросмеси со дна водного объекта, транспортирующее средство для доставки гидросмеси к месту переработки, предварительный сепаратор для отделения из гидросмеси крупноразмерных твердых компонентов и мусора, установку для флокуляции гидросмеси и установку для обезвоживания гидросмеси, предварительный сепаратор объединен с агрегатом для разбавления гидросмеси водой до значения объемного содержания твердого компонента не более 10%, а установка для обезвоживания включает по крайней мере два агрегата, один из которых выполнен в виде гравитационного стола, оснащенного транспортной лентой из пористого материала, а второй установлен последовательно первому и выполнен в виде отжимного фильтр-пресса.
Сущность предлагаемой полезной модели, ее новизна и существенное отличие от прототипа состоит в следующем. Прежде всего предлагаемая система
включает агрегат для разбавления гидросмеси водой. При этом степень разбавления должна соответствовать значениям объемного содержания твердого компонента в разбавленной гидросмеси не более 10%. Дело в том, что доставленная к месту переработки гидросмесь, поднятая дноуглубительным снарядом со дна водного объекта, непригодна для непосредственной флокуляции, т.е. обработки специальными веществами «флокулянтами» с целью высвобождения связанной воды для последующего обезвоживания гидросмеси (см., например, патент США №6802979, опубл. 12.10.2004). Слишком густая для эффективного перемешивания с веществами-флокулянтами гидросмесь нуждается в разбавлении, причем содержание твердого компонента в гидросмеси пригодной для флокуляции не должно превышать значения 10%, полученного авторами опытным путем в результате многочисленных экспериментов. Данный агрегат может иметь различные конструктивные реализации, причем любые варианты исполнения системы предусматривают наличие измерительных датчиков объемного содержания твердого компонента в исходной гидросмеси на входе в агрегат для разбавления и на его выходе. В том случае, если система содержит такой агрегат, последующее обезвоживание гидросмеси уже невозможно производить в один прием. На выходе агрегата для разбавления гидросмесь имеет слишком высокую насыщенность водой, чтобы можно было использовать однокаскадную систему обезвоживания, описанную в прототипе. В результате в заявляемой полезной модели предложено использовать установку для обезвоживания, включающую по крайней мере два агрегата, один из которых выполнен в виде гравитационного стола (предварительного сгустителя гидросмеси), оснащенного транспортной лентой из
пористого материала, а второй установлен последовательно первому и выполнен в виде отжимного фильтр-пресса. Использование каждого из предлагаемых агрегатов для обезвоживания донных отложений не является новым (см. патенты США №4066548, опубл. 03.01.1978; №4861492, опубл. 29.08.1989; №5160440, опубл. 03.11.1992), однако, в совокупной последовательности такое их использование в рамках решаемой задачи авторам неизвестно.
В примере наилучшей реализации заявляемой системы дноуглубительный снаряд может быть выполнен в виде конвейерного экскаватора с опрокидывателем, установленным на борту транспортирующего средства, выполненного, например, в виде наливной баржи. Предварительный сепаратор может быть выполнен в виде набора размещенных друг под другом сеточных сит с уменьшающимися размерами ячеек сеток по вертикали от верхнего сита к нижнему. Агрегат для разбавления гидросмеси водой, конструктивно объединенный с предварительный сепаратором, может быть выполнен в виде оросителей, расположенных в промежутках между ситами. Установка для флокуляции может быть выполнена в виде емкости, снабженной дозатором флокулянта и средствами для его перемешивания с гидросмесью.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом: дноуглубительный снаряд извлекает гидросмесь со дна водоема и помещает ее в транспортирующее средство, которое доставляет гидросмесь к месту переработки, где она попадает в сепаратор и агрегат для разбавления водой. Разбавленная до объемного содержания твердого компонента не более 10% гидросмесь поступает в установку для флокуляции, в которой происходит смешивание гидросмеси с
флокулянтом. В результате такого смешивания происходит флокуляция твердой фракции гидросмеси, связанная вода высвобождается, и гидросмесь оказывается подготовленной к обезвоживанию. Для этого подготовленная гидросмесь поступает на гравитационный стол. Здесь происходит ее первичное обезвоживание, после чего частично обезвоженная смесь поступает на фильтр-пресс, где происходит окончательное обезвоживание гидросмеси.
Предлагаемая полезная модель в заявляемом виде способна обеспечить решение важной экологической проблемы - уменьшение загрязненности воды, сбрасываемой обратно в водный объект. Дело в том, что в описанной системе агрегат для разбавления гидросмеси водой нуждается в подаче этой самой воды. В качестве разбавляющей воды агрегат допускает использование той воды, которая высвобождается из гидросмеси в установке для обезвоживания. Кроме того, повышение эффективности перемешивания гидросмеси с веществами-флокулянтами приводит к значительному уменьшению концентрации взвешенных веществ в высвобождаемой связанной воде, что в свою очередь приводит к уменьшению концентрации загрязняющих веществ в сбрасываемой воде, т.к. взвешенные твердые частицы являются прекрасным сорбентом содержащихся в воде загрязняющих веществ.
Совокупность заявляемых признаков является новой, обеспечивает достижение указанного технического результата и позволяет решить поставленную задачу, а именно повысить эффективность обезвоживания донных отложений с одновременным обеспечением замкнутого цикла использования воды и уменьшением загрязненности сбрасываемой в водный объект воды.
Система для извлечения и переработки донных отложений, включающая дноуглубительный снаряд для подъема гидросмеси со дна водного объекта, транспортирующее средство для доставки гидросмеси к месту переработки, предварительный сепаратор для отделения из гидросмеси крупноразмерных твердых компонентов и мусора, установку для флокуляции гидросмеси, установку для обезвоживания гидросмеси, отличающаяся тем, что предварительный сепаратор объединен с агрегатом для разбавления гидросмеси водой, а установка для обезвоживания гидросмеси включает, по крайней мере, два агрегата, один из которых выполнен в виде гравитационного стола, оснащенного транспортной лентой из пористого материала, а второй установлен последовательно первому и выполнен в виде отжимного фильтр-пресса.
