ГЕОТУБА

Техническое решение относится к области устройств для разделения твердой и жидкой фаз методом гравитационного осаждения, в частности, для разделения (осветления) суспензий, и может быть использовано для очистки бытовых и промышленных сточных вод, а также в горном деле для размещения отходов производства, создания ограждений и дамб.
Известен (SU, авторское свидетельство, 1666145) тонкослойный отстойник, предназначенный для разделения суспензий и содержащий корпус, узлы ввода исходной жидкости и вывода разделенных фаз, наклонный тонкослойный модуль с блоками, пластины которого выполнены из пленочного материала, верхние и нижние концы пластин закреплены стержнями и винтами, взаимодействующими с закрепленными на корпусе аппарата гайками. Для обеспечения удобства обслуживания пластины тонкослойного модуля закреплены на верхних стержнях подпружиненной рамы с тросами, которая расположена над тонкослойным модулем и служит механизмом для регулирования натяжения пластин.
Известен (RU, патент 2104079) отстойник, предназначенный для разделения суспензий и содержащий корпус, устройства для ввода очищаемой воды и вывода очищенной воды и твердой фазы, тонкослойный модуль, включающий наклонные разделительные пластины, размещенные в съемном каркасе, причем корпус выполнен в виде цилиндра с наклонным днищем и снабжен распределителем осадка, каркас тонкослойного модуля выполнен в виде наклонного цилиндра, разделительные пластины тонкослойного модуля выполнены профильными.
Недостатком известных конструкций следует признать их высокую металлоемкость, сложность конструкции, требующую налаживания и ремонта, а также отсутствие возможности выведения из отстойника отделенной жидкой фазы, не дожидаясь окончания процесса разделения жидкой и твердой фаз.
Наиболее близким аналогом разработанного устройства можно признать (http://kontara.ru/geotuby.html) конструкцию геотубы.
Геотуба представляет собой высокоэффективную фильтрующую тканую систему для удержания загрязненных отходов, твердых осадков, шламов и т.д.
Сточные воды или шлам закачиваются в геотубу, где происходят процессы фильтрации: водопроницаемый геотекстиль отделяет твердые фракции и жидкость, позволяя последней выходить наружу. После заполнения твердыми фракциями геотуба разрезается, а ее обезвоженное содержимое транспортируется на место дальнейшей переработки или утилизации. Геотубы имеют диаметр 1-4 м и длину 3-200 м. Их монтируют на берегу или непосредственно в воде на глубине до 3 м, а затем укладывают на защищаемую поверхность. Заполнение объема геотуб водно-грунтовой смесью производят путем гидравлического нагнетания смеси через впускные рукава, расположенные на определенном расстоянии друг от друга по всей длине тубы. Для полного заполнения геотубы осадком производят неоднократную подачу шлама по мере фильтрации из нее жидкости.
Геотубы применяют при строительстве ядер дамб, пирсов, плотин и мелиорационных зон, защите берегов от эрозии, очистке водоемов, обезвоживании отходов бурения, складировании шлама в строительстве грунтовых конструкций, обезвоживании сырья, а также в очистных сооружениях и при шламовых амбарах.
Недостаток геотубы в том, что при ее повторном заполнении фильтрация из нее жидкости происходит медленно. По этой причине для достижения заданной производительности в работе должно находиться их большое количество.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного решения, состоит в повышении производительности геотубы, а также за счет улучшения экологической обстановке в зоне использования геотубы за счет уменьшения разливов отфильтрованной геотубой воды.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать геотубу разработанной конструкции. Геотуба разработанной конструкции содержит оболочку из фильтрующего материала и патрубки подачи пульпы и средство удаления осадка, при этом в оболочке закреплено, по меньшей мере, одно нормально закрытое устройство слива жидкой фазы пульпы.
Понятие «нормально закрытое устройство слива жидкой фазы» означает наличие постоянно закрытого сливного устройства, которое принудительно открывают только на стадию слива жидкой фазы.
Наличие патрубков подачи пульпы (двухфазной системы) и, по меньшей мере, одного нормально закрытого устройства слива жидкой фазы пульпы, обеспечивает слив отделенной от пульпы жидкой фазы и подачу в освободившийся объем геотубы новой порции пульпы. При этом нет необходимости ждать, пока вся загруженная в геотубу пульпа расслоится на твердую и жидкую фазы с выделением жидкой фазы через оболочку геотубы.
В предпочтительном варианте реализации в оболочке закреплено более одного нормально закрытого устройства для слива жидкой фазы пульпы. Указанные устройства, в принципе, могут быть произвольно размещены по поверхности оболочки. Но предпочтительно, особенно для протяженных геотуб значительной длины, размещать подобные устройства рядами, проходящими параллельно продольной оси геотубы, что позволит автоматизировать процесс слива жидкой фазы путем использования дистанционно управляемых клапанов (возможно использование электромагнитных клапанов). Однако возможно размещение рядами перпендикулярно продольной оси геотубы. Этот вариант размещения предпочтителен при использовании геотуб небольшой длины. Он обеспечивает слив жидкой фазы по мере ее отстаивания от твердой фазы. Также возможно использование обоих вариантов одновременно.
Нормально закрытое устройство может содержать управляемый клапан или вентиль. Желательно использовать дистанционно управляемые нормально закрытые устройства.
Поскольку добиться полного отделения твердой фазы от жидкой фазы очень сложно или процесс будет проходить в технологически неприемлемые сроки, некоторая часть твердой фазы все же может проходить через устройство слива. Для, по меньшей мере, уменьшения вероятности этой возможности желательно помещать внутри геотубы на внутреннюю поверхность оболочки на вход устройства слива фильтрующий материал. Указанный фильтрующий материал должен обладать большей пропускной способностью, чем фильтрующий материал, образующий оболочку геотубы. Это обеспечит достаточную скорость слива жидкой фазы с существенным отделением остаточных частиц твердой фазы.
Момент открывания нормально закрытого устройства слива жидкой фазы может быть определен, исходя из опыта работы, когда известна скорость разделения двухфазной системы. Кроме того, возможен вариант реализации геотубы разработанной конструкции, когда нормально закрытое сливное устройство открывают произвольно и в случае недостаточности разделения фаз сразу же закрывают. Однако предпочтительно использовать все же определение точного времени открывания нормально закрытого устройства. Установка датчиков внутри геотубы, характеризующих степень расслоения двухфазной системы принципиально возможна, но это значительно усложнить конструкции геотубы и увеличит ее стоимость. Использование водомерных стекол, обеспечивающих контроль состояния системы внутри геотубы, также значительно усложнит конструкцию устройства и понизит ее надежность из-за возможных протечек на границе водомерное стекло - геоткань. Наиболее предпочтительным средством контроля за состоянием двухфазной системы можно признать водомерную трубку, которую возможно герметично закрепить на оболочке и которая при достаточно большом диаметре позволить получить визуальную объективную информацию о состоянии двухфазной системы в геотубе.
Оболочка геотубы может быть выполнена с возможностью ее частичного раскрытия, что обеспечит удаление осевшей твердой фазы без распарывания (и порчи) оболочки геотубы.
Геотуба разработанной конструкции может быть использована следующим образом.
1. Суспензию осадка коммунальных сточных вод закачивают через патрубки в геотубу, уложенную на землю на полигоне переработки осадка сточных вод. Постепенно происходят одновременно два процесса: осаждение твердой фазы суспензии на дно геотубы (расслоение суспензии) и выделение жидкой фазы (воды) через оболочку геотубы. Через некоторое время в верхней части объема геотубы образуется слой практически чистой воды. Через нормально закрытое устройство слива жидкой фазы проводят удаление осветленной воды из объема геотубы. В освободившийся объем геотубы закачивают дополнительный объем суспензии осадка сточных вод. Процесс продолжают до тех пор, пока технологически допустимо добавлять суспензию осадка сточных вод в геотубу. Затем доводят состояние суспензии в геотубе до уровня содержания влаги, допустимого по технологическому процессу. Затем осадок удаляют.
2. Геотубу используют для размещения шламов обогатительных фабрик калийных рудников на земной поверхности. Для этого шламовую пульпу закачивают в геотубу через патрубки. После первой закачки происходит осаждение твердых частиц шлама и фильтрация рассола через поверхность геотубы. Через некоторое время в верхней части геотубы образуется слой осветленного рассола. Эксперименты показали, что осветление рассола происходит через 24-36 часов после подачи шламовой пульпы. После удаления рассола через клапаны, производят следующую подачу шламовой пульпы. Циклы подачи шламовой пульпы и удаления рассола повторяют. Осадок твердых частиц шлама не удаляют. Геотубу, наполненную твердыми частицами шлама, используют для создания дамб и ограждений на поверхности шламохранилищ и солеотвалов.
3. Геотубу используют для размещения шламов обогатительных фабрик калийных рудников в подземных горных выработках. В этом случае принцип наполнения геотуб аналогичен п.1 и 2, а размещение и заполнение геотубы выполняют в отработанных очистных камерах. Твердые частицы шлама оставляют в геотубе, а осветленный рассол собирают в рассолосборниках.
Использование геотубы разработанной конструкции позволяет повысить производительность разделения, по меньшей мере, на 27% при одновременном улучшении экологической обстановки в районе использования геотубы за счет сбора в приемник отделенной жидкой фазы.