ВОДОЕМ-ХРАНИЛИЩЕ Российский патент 1996 года по МПК B65G5/00 

Изобретение относится к емкостям-хранилищам сточных вод в естественных рыхлых грунтах, в которых создается система техногенных геохимических барьеров, задерживающих миграцию ионов тяжелых металлов через стенки водоема-хранилища, и очищает воду от тяжелых металлов.

Известно хранилище для нефтепродуктов, выполненное в виде котлована с покрытыми изоляцией горизонтальным дном и откосными стенками, в качестве изоляции использован слой водонасыщенного песка, не пропускающего нефть и питаемого водой под заданным напором [1] Данное устройство взято нами за прототип.

Недостатком хранилища-прототипа является то, что обводнение песчаного слоя требует сложного инженерного сооружения из труб для подачи воды и дренажа.

Наиболее близким является устройство грунтовой емкости в форме котлована с достаточно высокой непроницаемостью стенок для хранения жидкостей, преимущественно аммиачной воды. В качестве грунтового заполнителя используют суглинок, а в качестве сложного вяжущего состав, содержащий портланд-цемент, гашеную известь и ангидрид [2]
Недостатком этого хранилища в естественных грунтах является сложная по структуре и дорогая изоляция.

Задача изобретения создание простых, надежных емкостей хранилищ в рыхлых грунтах для хранения и самоочистки стоков от цветных и тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, никеля и др.).

Задача решается с помощью водоема-хранилища, выполненного в виде котлована с изоляцией стенок и дна, причем изоляция имеет двойной слой, состоящий из слоя глины, насыщенного катионами магния и кальция, из мелкого щебня гипса и слоя сине-зеленых водорослей на поверхности водоема.

На чертеже представлен водоем-хранилище в виде котлована в естественном грунте 1 с горизонтальным дном и откосными стенками. Изоляция состоит из слоя глины, насыщенного катионами, представляющего собой инфильтрационно-диффузионно-кулоновский барьер 2, слоя гипса, являющегося источником серы для образования сероводорода (сульфидного) барьера 3, и сине-зеленых водорослей на поверхности, выполняющих роль фитогенного барьера 4.

Сущность изобретения заключается в том, что в емкости-хранилище создается система взаимосвязанных техногенных геохимических барьеров, один из которых препятствует миграции ионов тяжелых металлов (инфильтрационно-диффузионно-кулоновский барьер); на другом барьере растворимые ионы тяжелых металлов переводятся в нерастворимые сульфиды (сероводородный барьер) и осаждаются на дно водоема хранилища; на третьем барьере часть ионов тяжелых металлов в процессе метаболизма захватывается сине-зелеными водорослями (фитогенный барьер) и в составе их тканей опускается на дно водоема-хранилища. В результате работы этой системы из трех техногенных геохимических барьеров происходит самоочищение воды от токсичных веществ.

Система геохимических барьеров состоит из слоев разного состава и разной структуры, которые укладываются в следующей последовательности.

На дно емкости-хранилища насыпается слой глины, насыщенной ионами Mg²⁺ или Ca²⁺. Этот слой глины, насыщенный этими катионами выполняет роль сложного инфильтрационно-диффузионно-кулоновского барьера: глина, предпочтительнее монтмориллонитового состава, не пропускает воду (инфильтрационно-диффузионный барьер), а ионы М или Са отталкивают и не пропускают положительно заряженные ионы тяжелых металлов. Выше слоя глины насыпается слой гипса, который растворяется и поставляет в воду ион SO2-4

, использующийся в качестве источника серы для сероводорода. Сероводород самопроизвольно образуется в результате биохимической реакции восстановления сульфат-иона сульфат-восстанавливающими бактериями в присутствии органического вещества.

SO2-4

+OB _→ H₂S+CO₂ (1)
В качестве источника органического вещества, необходимого для реализации образования сероводорода, предлагается выращивать на поверхности водоема-хранилища сине-зеленые водоросли, которые выполняют роль фитогенного барьера (поглощают ионы тяжелых металлов). Отмирая и опускаясь на дно, они поставляют органическое вещество сульфат-восстанавливающим бактериям для образования сероводорода. При минерализации остатков органического вещества, поглощенные им ионы, освобождаются и вступают в реакцию с сероводородом и дают нерастворимые в воде сульфиды.

Из патентной и научной литературы автором не обнаружены хранилища для стоков с тяжелыми металлами, состоящих из слоев изоляций:
глины, насыщенной катионами магния и кальция;
гипса, в котором ионы тяжелых металлов переходят в нерастворимые сульфиды;
фитогенного слоя, состоящего из сине-зеленых водорослей.

Следовательно, предлагаемый водоем-хранилище отличается от известных, т. е. является "новым" и имеет "изобретательский уровень".

Водоем-хранилище является простым по конструкции и состоит из дешевой изоляции с использованием природных продуктов, т.е. он "промышленно применим". Таким образом, предлагаемый водоем-хранилище может быть использован в рыхлых грунтах, где стоки отходов с тяжелыми металлами не только хранились, но и самоочищались от вредных примесей меди, свинца, никеля и других элементов.

Изобретение относится к емкостям-хранилищам сточных вод в естественных рыхлых грунтах, в которых создается система техногенных геохимических барьеров, задерживающих миграцию ионов тяжелых металлов, и очищает воду. Водоем-хранилище выполнено в виде котлована с размещением на его стенках и дне слоя глины, насыщенного катионами магния и кальция. Новым является то, что оно дополнительно снабжено слоем гипса, размещенным на стенках и дне водоема, и слоем сине-зеленых водорослей на поверхности водоема. 1 ил.

Водоем-хранилище, выполненное в виде котлована с размещенным на его стенках и дне слоем глины, насыщенным катионами магния и кальция, отличающийся тем, что оно дополнительно снабжено слоем гипса для размещения на стенках и дне водоема и слоем сине-зеленых водорослей на поверхности водоема.