СИСТЕМА ДЛЯ ОЧИСТКИ ДНА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к системам очистки дна рек, озер, прудов и иных поверхностных водных объектов от донных отложений.
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 экскавации. При реализации данного метода 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).
Альтернативным методом подъема отложения является метод засасывания, при котором 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.
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.
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 60-70%. 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. На территориях с влажным и прохладным климатом удаление воды из отстойника за счет испарения может быть крайне неэффективным. Кроме этого, отсутствие свободных земельных участков на прибрежных территориях водных
объектов, особенно в пределах мегаполисов, значительно усложняет процесс организации отстойников, а в ряде случаев делает его невозможным.
Наиболее близкой по технической сущности и принятой за прототип является система для очистки дна поверхностных водных объектов, описанная в патенте США №6149811, опубл. 21.11.2000 и включающая землесосный снаряд для подъема гидросмеси донного грунта со дна водного объекта, напорный пульпопровод для доставки гидросмеси донного грунта к месту ее переработки, установку для флокуляции гидросмеси и установку для обезвоживания гидросмеси, включающую набор сепараторов для отделения из гидросмеси твердых компонентов.
Основным недостатком данной системы является ее низкая эффективность.
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 перемешивания раствора флокулянта с гидросмесью..
Данный технический результат достигается тем, что в системе для очистки дна поверхностных водных объектов, включающей землесосный снаряд для подъема гидросмеси донного грунта со дна водного объекта и напорный пульпопровод для доставки гидросмеси донного грунта к месту ее переработки, напорный пульпопровод выполнен с возможностью подключения к нему смесителя для ввода в напорный пульпопровод раствора флокулянта, причем расстояние L от
места ввода флокулянта в напорный пульпопровод до его выходного отверстия определяется из условия:
где Q - производительность землесосного снаряда; S - сечение напорного пульпопровода на отрезке от места ввода флокулянта в напорный пульпопровод до его выходного отверстия; Т - минимальное время, необходимое для перемешивания флокулянта и гидросмеси донного грунта.
Кроме того, место переработки гидросмеси донного грунта может быть выполнено в виде карты отстоя, представляющей собой обвалованную часть акватории очищаемого водного объекта.
Кроме того, напорный пульпопровод может быть снабжен датчиком давления, а смеситель содержит управляемый электромагнитный клапан, электрически соединенный с датчиком давления.
Сущность предлагаемой полезной модели, ее новизна и существенное отличие от прототипа состоит в том, что напорный пульпопровод выполнен с возможностью установки смесителя для ввода раствора флокулянта в гидросмесь непосредственно в процессе ее транспортировки по напорному пульпопроводу. Расположение смесителя относительно выходного отверстия напорного пульпопровода выбрано из расчета наиболее эффективного перемешивания гидросмеси с раствором флокулянта.
Как известно, ключевой проблемой очистки дна поверхностных водных объектов является обезвоживание гидросмеси донного грунта, извлеченной из-под воды тем или иным способом, для удобства ее транспортировки к месту дальнейшей
переработки или захоронения. Непосредственно после извлечения со дна поверхностного водного объекта донные осадки представляют собой гидросмесь с весовым содержанием твердых фракций от 10% до 40% в зависимости от способа извлечения и характера донных отложений. В тех случаях, когда гидросмесь извлекают методом засасывания, содержание твердых фракций в гидросмеси минимально. Это обстоятельство облегчает транспортировку гидросмеси по напорному пульпопроводу к месту переработки, однако, проблема ее обезвоживания приобретает наибольшую остроту. Дело в том, что мелкие илисто-глинистые частицы, составляющие значительную часть донных осадков и обладающие малой плотностью и высокой пористостью, находятся в гидросмеси в устойчивом взвешенном состоянии. Разделение твердой и жидкой фракции гидросмеси путем отстоя может длиться годами.
Для эффективного ускорения процесса осаждения взвешенных в гидросмеси частиц используют специальные вещества - флокулянты. К ним относятся водные растворы некоторых полимеров, в частности, полиакриламидов. При добавлении небольшого количества такого вещества в гидросмесь происходит агрегация взвешенных частиц и дальнейшее образование крупных хлопьев, что приводит к быстрому выпадению осадка, после чего осветленную воду можно эффективно удалить, а осадок после дополнительного обезвоживания направить на переработку каким-либо известным способом.
Скорость выпадения осадка, а следовательно, и эффективность работы заявляемой системы непосредственно связаны с эффективностью перемешивания гидросмеси и раствора флокулянта. В известных авторам системах очистки дна
поверхностных водных объектов, включая прототип, перемешивание гидросмеси и раствора флокулянта производится в специальных емкостях, требует дополнительного времени и энергозатрат. Авторы предлагают осуществлять перемешивание раствора флокулянта с гидросмесью непосредственно в пульпопроводе во время транспортировки, т.е. не используя дополнительных резервуаров, не затрачивая на это дополнительного времени и энергии.
В заявляемой системе существенным фактором ее эффективного функционирования является корректный выбор расстояния от места ввода флокулянта в напорный пульпопровод до его выходного отверстия. Это расстояние должно быть не меньше величины TQ/S, где Q - производительность землесосного снаряда; S - сечение напорного пульпопровода на отрезке от места ввода флокулянта в напорный пульпопровод до его выходного отверстия; Т -минимальное время, необходимое для перемешивания флокулянта и гидросмеси донного грунта, составляющее от 3 до 30 сек в зависимости от реализуемого в пульпопроводе режима движения пульпы (структурный, ламинарный или турбулентный). Если расстояние от места ввода флокулянта в напорный пульпопровод до его выходного отверстия не удовлетворяет заявляемому условию, то эффективного перемешивания раствора флокулянта с гидросмесью не происходит, и, следовательно, заявляемый технический результат не достигается.
В заявляемой полезной модели место переработки гидросмеси донного грунта путем предварительного обезвоживания предлагается выполнить в виде обвалованного участка акватории очищаемого водного объекта. Это наиболее простой и эффективный вариант реализации системы. Часть акватории очищаемого
поверхностного водного объекта обваловывают, формируют карту отстоя и выводят внутрь этой карты выходное отверстие напорного пульпопровода, из которого поступает флоккулированная гидросмесь донного грунта, засосанная со дна поверхностного водного объекта за пределами карты отстоя. При этом, очевидно, карта отстоя должна быть снабжена сбросным устройством для отвода из карты отстоя высвобожденной из гидросмеси осветленной воды обратно в водный объект.
Для предотвращения перерасхода раствора флокулянта предлагается снабдить напорный пульпопровод датчиком давления, а смеситель оборудовать управляемым электромагнитным клапаном, электрически соединенным с датчиком давления и отключащим подачу флокулянта при падении давления в пульпопроводе. В этом случае возможно обеспечить поддержание в системе точно заданного объемного соотношения гидросмеси донного грунта и раствора флокулянта.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом:
Землесосный снаряд засасывает гидросмесь донных отложений водного объекта и направляет ее в напорный пульпопровод. По напорному пульпопроводу гидросмесь доставляется к месту переработки, например, в пределы обвалованной карты отстоя, сформированной на части акватории водного объекта. Перед тем, как гидросмесь достигает выходного отверстия напорного пульпопровода, через установленный в напорном пульпопроводе смеситель в нее вводят раствор флокулянта. Раствор флокулянта и гидросмесь, распространяясь совместно по участку напорного пульпопровода от места ввода раствора флокулянта в напорный пульпопровод до его выходного отверстия, эффективно перемешиваются за счет конвективных и
диффузионных процессов. В попадающей из пульпопровода в место предварительного обезвоживания гидросмеси быстро и эффективно проходят процессы осаждения твердых частиц и осветления воды, что существенным образом повышает эффективность работы системы.
Таким образом, заявляемая полезная модель является новым техническим решением, обеспечивающим повышение эффективности очистки дна поверхностных водных объектов за счет сокращения времени обезвоживания донных отложений и сокращения издержек при ее эксплуатации.