УСТАНОВКА ДЕЗАКТИВАЦИИ ГРУНТА

Полезная модель относится к охране окружающей среды, более конкретно, к очистке грунта, в том числе песчаного, от радионуклидов.
При выводе из эксплуатации объектов радиационно-опасных объектов, при реабилитации радиоактивно загрязненных территорий вследствие радиационных инцидентов или в результате промышленно-хозяйственной деятельности человека, а также в ряде других случаев актуальным становится задача дезактивации радиоактивно загрязненного грунта. Одним из таких случаев является необходимость очистки побережья Азовского моря от россыпей монацитовых песков, что обусловлено их радиационной опасностью. Пески называют «черными» по цвету минерала ильменит, который входит в их состав. Переработка «черных песков» решает три эколого-технических задачи:
- дезактивацию территорий в прибрежной зоне Азовского моря;
- рекультивацию пляжей в курортных пунктах и лечебных учреждениях;
- сопутствующее добывание из песка полезных минералов.
Для очистки побережья от этих песков актуальным является разработка автономных, мобильных технических средств дезактивации грунта.
Известная установка дезактивации грунта (www.canberra.com/Literature/1025.asp), выполненная с возможностью перемещения и содержащая загрузочный узел, узел мокрого деления грунта, средства радиационного контроля.
При работе установки радиоактивный грунт, загрязненный такими радионуклидами как Ra-226, Th-232, загружается погрузчиком с перекидным ковшом в ее приемный бункер и подается конвейерами на узел деления по радиоактивности или узел мокрого деления. После деления концентрат подается, в зависимости от степени радиоактивности, в два контейнера, а очищенный грунт высыпается вблизи установки.
Общими признаками аналога и заявляемого решения являются; установка дезактивации грунта, содержащая загрузочный узел, узел мокрого деления грунта, средства радиационного контроля.
Установка состоит из нескольких модулей, которые перемещаются другими транспортными средствами, а потом устанавливаются на месте ее эксплуатации, что ограничивает ее функциональные возможности, снижает маневренность и автономность. Перемещения установки занимает много времени вследствие большого объема погрузочно-разгрузочных, монтажно-демонтажных, пусконаладочных работ. Отсутствие маневренности и автономности ограничивает возможности ее применения.
В качестве прототипа выбрана установку дезактивации грунта, разработанная в рамках проекта "Реабилитация", ФГУ РНЦ "Курчатовский институт". Российская Федерация, (www.proatom.ru/modules.php?gmexp.ru/articles/?item=6).
Технологические аппараты, входящие в состав установки конструктивно объединены в основной технологический блок. С целью обеспечения транспортабельности установки ее основной блок выполнен в модульном исполнении и состоит из трех технологических модулей: модуль дезинтеграции, модуль классификации, модуль сгущения и фильтрации.
Оборудование каждого модуля монтируется на индивидуальном стапеле, представляющем собою пространственную ферму, имеющую две горизонтальных площадки для размещения аппаратов и агрегатов.
Вода в технологическом процессе используется по замкнутому циклу. В технологический процесс вода подается водными насосами из емкости оборотной воды, смонтированной на модуле сгущения. Емкость оборотной воды является буферным резервуаром для накопления воды и сбора дренажей, возникающих в процессе переработки грунта.
Модуль дезинтеграции включает следующие основные аппараты, узлы и устройства: загрузочный бункер, ленточный конвейер №1, скруббер бутара, песочный насос №1, зумпф песочного насоса №1, конвейер разгрузки кусковой "чистой" фракции. С модулями классификации и сгущения данный модуль связан технологическими трубопроводами.
В модуле дезинтеграции, в скруббере происходит разрушение грунтовых агрегатов и илистого поверхностного пласта, покрывающего зерна песка и гальки, дальше, в бутаре осуществляется механическое деление грунта на фракции - кусковую (гальку) и пульпу, содержащую частицы с размером меньше 3-х миллиметров. Галька, после выделения и отмывание в бутаре, выводится из технологического цикла. Пульпа поступает самотеком из бутара в зумпф, откуда песочным насосом №1 подается в модуль классификации.
Модуль классификации включает: односпиральный классификатор, гидроциклон, песочный насос №2, зумпф №2, ленточный конвейер разгрузки песчаной фракции (3...+0.1 мм). На стапеле этого модуля размещался также фильтрпресс с конвейером разгрузки дисперсной фракции (0,1...+0,0 мм).
Классификацию грунта со следующим отмыванием песчаной фракции проводят в две стадии. На первой стадии пульпа после дезинтеграции подается насосом в гидроциклон, представляющий собой центробежный классификатор с самотечной разгрузкой фракций. Суспензия, содержащая частицы крупнее 0,1 мм, разгружается через песочную насадку, а жидкий слив, содержащий частицы менее 0,1 мм, выводится через сливную насадку гидроциклона. Пески из гидроциклона подаются на вторую стадию классификации, в спиральный классификатор. В классификаторе объединены две операции - классификация пульпы по классу 0,1 мм и промывания песчаной фракции (3...+0,1 мм) чистой водой от илистых, глинистых и других дисперсных суспензий. Слив из спирального классификатора объединяется со сливом гидроциклона, и оба продукта самотеком поступают в зумпф, откуда песочным насосом №2, подаются в модуль сгущения и фильтрации.
Модуль сгущения и фильтрации предназначен для концентрирования дисперсной, твердой составляющей суспензии и обезвоживание сгущенной суспензии. Основными аппаратами, входящими в состав модуля являются: контактные чаны, радиальный сгуститель, шламовый насос, дозирующие насосы №1 и №2, рамный фильтрпресс, установленный на стапеле модуля классификации.
На стапеле модуля сгущения и фильтрации также размещается бак оборотной воды и два водных насоса. Пульпа, с размером частиц меньше 0,1 мм подается песочным насосом №2 в контактный чан №3, где смешивается с первым компонентом флокулянта, который готовится в контактном чане №1 и подается из него первым дозирующим насосом. Смесь пульпы и первого компонента флокулянта из контактного чана №3, самотеком поступает в радиальный сгуститель. Туда же, вторым дозирующим насосом подается второй компонент флокулянта, который готовится в контактном чане №2.
Сгущенная пульпа, со сгустителя подается шламовым насосом на обезвоживание непосредственно в фильтрпресс. Обезвоженная дисперсная фракция, содержащая до 90% радионуклидов от их количества в исходном грунте, выгружается в контейнеры и направляется на погребение как радиоактивные отходы, а фильтрат поступает в бак оборотной воды.
Кроме основного блока в состав установки входят следующие вспомогательные системы: система очистки оборотной воды, система промывной воды, система радиационного контроля.
Общими признаками прототипа и заявляемого решения, являются последовательно взаимосвязанные загрузочный узел, узел дезинтеграции грунта, узел классификации грунта, узел обезвоживания фракций грунта и система оборотной воды.
Установка состоит из нескольких самостоятельных модулей, каждый из которых монтируется на индивидуальном стапеле, стационарно размещаемом на рабочей площадке. Такую установку целесообразно использовать там, где предполагается ее продолжительное пребывание в стационарном состоянии. Перемещения установки на другое место является трудоемким процессом. Так, для транспортирования установки из завода изготовителя на рабочую площадку потребовалось пять автопоездов с полуприцепами длиной 13,6 м. Перемещения установки занимает много времени в связи с большим объемом погрузочно-разгрузочных, монтажно-демонтажных, пусконаладочных робот. Отсутствие маневренности и автономности ограничивает возможности ее применения. Например, использования такой установки для дезактивации побережья моря (морских пляжей) очень проблематично.
В основу полезной модели поставленная задача повышения маневренности и автономности установки дезактивации грунта.
Поставленная задача решается тем, что в установке дезактивации грунта, включающей последовательно взаимосвязанные загрузочный узел, узел дезинтеграции грунта, узел классификации грунта, узел обезвоживания фракций грунта и систему оборотной воды, согласно полезной модели, указанные узлы установлены на самоходном шасси с двигатель-генераторной установкой и кабиной оператора, загрузочный узел выполнен в виде соединенного с шасси ковшового подборщика грунта, а система оборотной воды дополнительно включает емкость для воды, как собственный источник водоснабжения.
Указанные признаки составляют сущность полезной модели.
Существенные признаки полезной модели находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.
Так размещения всех основных узлов и систем (загрузочный узел, узел дезинтеграции грунта, узел классификации грунта, узел обезвоживания фракций грунта, система оборотной воды) на самоходном шасси с двигатель-генераторной установкой и кабиной оператора, выполнения загрузочного узла в виде соединенного с шасси ковшового подборщика грунта, обеспечения системы оборотной воды дополнительной емкостью для воды, как собственным источником водоснабжения, обеспечивает повышение маневренности и автономности установки дезактивации грунта.
Выполнения установки на самоходном шасси предоставляет ей возможность самостоятельно перемещаться от одной загрязненной территории к другой, выбирая их не только по объему будущих работ, но и по степени опасности для окружающей среды и времени ликвидации такой опасности. Ковшовый подборщик грунта обеспечивает самозагрузка грунта при движении установки. Собственный источник энергии в виде двигателя
внутреннего сгорания с электрическим генератором обеспечивает независимость от внешних источников энергии, как для перемещения установки, так и для привода всех ее механизмов. Это повышает маневренность и автономность установки, расширяет возможности ее использования, например в тех районах, где отсутствующая электрическая энергия. Собственный источник водоснабжения расширяет область применения, повышает маневренность и автономность установки, дает возможность использовать ее на территориях, отдаленных от источников воды без подвоза воды.
Ниже приводится подробное описание установки дезактивации грунта со ссылками на чертежи, на которых представлены:
Фиг.1 - Установка дезактивации грунта, общий вид.
Фиг.2 - Установка дезактивации грунта, узлы классификации грунта и обезвоживания фракций грунта в увеличенном масштабе.
Установка дезактивации грунта включает последовательно взаимосвязанные загрузочный узел, узел дезинтеграции грунта, узел классификации грунта, узел обезвоживания фракций грунта, системы оборотной воды и радиационного контроля. Указанные узлы и системы установлены на самоходном шасси 1 с двигателем 2, электрическим генератором 3 и кабиной 4 оператора.
Загрузочный узел включает ковш 5, выполненный в виде подборщика грунта, и входной транспортер 6, соединенный с шасси 1. Ковш 5 соединен с транспортером 6 с возможностью поворота из горизонтального в вертикальное положение и наоборот. В горизонтальном положении происходит загрузка ковша 5 грунтом при перемещении установки. В вертикальном положении ковша 5 грунт из ковша 5 подается на входной транспортер 6.
Узел дезинтеграции грунта включает последовательно соединенные вибрационный грохот 7, зумпф 8 и насос 9 пульпы. В вибрационном грохоте 7 происходит механическое разделение грунта на фракции - кусковую (гальку) и песок. Кусковая фракция после выделения в вибрационном грохоте 7 выводится из технологического цикла. Песок поступает в зумпф 8, где образуется пульпа, которая насосом 9 подается в узел классификации грунта.
Узел классификации грунта включает последовательно соединенные гидроциклоны 10 и винтовые сепараторы 11. В гидроциклонах 10 происходит частичное обезвоживание пульпы, а в винтовых сепараторах 11 - классификация грунта.
Узел обезвоживания фракций грунта включает осадительную центрифугу 12, фильтрующую центрифугу 13. Под осадительной центрифугой 12 расположен герметичный
контейнер 14. Выход фильтрующей центрифуги 13 соединенный с выходным транспортером 15.
Система оборотной воды включает бак 16 оборотной воды и емкость 17 для воды, как собственный источник водоснабжения. Емкость 17 является буферным резервуаром для накопления воды и сбора дренажей, которые образуются в процессе переработки грунта.
Система радиационного контроля состоит из трех датчиков 18, 19, 20 гамма излучения и приборов звуковой и световой сигнализации. С помощью датчика 18 осуществляется контроль активности исходного грунта на входном конвейере 6 узла дезинтеграции. Датчики 19, 20 обеспечивают контроль активности продуктов классификации грунта. Датчики 19, 20 смонтированы на выходах осадительной центрифуги 12 и фильтрующей центрифуги 13 соответственно.
Насос 9 соединен трубопроводом пульпы 21 с гидроциклонами 10. Оборотная вода от осадительной центрифуги 12 и фильтрующей центрифуги 13 поступает в бак 16 оборотной воды и дальше по трубопроводу 22 в емкость 17. В емкость 17 также поступает вода от гидроциклонов 10 через трубопровод 23. Емкость 17 соединена с зумпфом 8 трубопроводом 24, через который вода поступает в зумпф 8 для образования пульпы.
Установка дезактивации грунта работает следующим образом.
Оператор-водитель опускает погрузочный ковш 5 на пласт грунта, например монацитового песка, и приводит в движение установку. Это приводит к забору монацитового песка и подачи его через входной транспортер 6 на вибрационный грохот 7 для удаления кускового материала (галька, мусор) крупнее 6 мм. Песок вместе с водой из емкости 17 подается в зумпф 8 для образования пульпы, которая насосом 9 подается в гидроциклоны 10 для обогащения по классу 0-0,1 мм. Жидкий слив гидроциклонов 10 выводится в бак 17, а обогащенный продукт поступает на винтовые сепараторы 11, из выходов которых тяжелая фракция, в которой преобладает монацит, выводится в осадительную центрифугу 12, а легкая фракция, в которой преобладает кварцевый песок, выводится в фильтрующую центрифугу 13. После обезвоживания в осадительной центрифуге 12 тяжелая фракция загружается в герметичный контейнер 14. Легкая фракция после обезвоживания в фильтрующей центрифуге 13 поступает на выходной транспортер 15.
На чертежах стрелками ⇒ показаны перемещения сыпучих фракций грунта, стрелками → перемещение воды.