УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ Российский патент 1998 года по МПК B09C1/00 C22B3/02 

Изобретение относится к машиностроению и направлено на разработку конструкции аппарата для очистки загрязненных почвы и грунта.

Вопросы реабилитации территорий, загрязненных в результате деятельности предприятий атомной и нефтяной промышленности, а также вследствие аварий, включают целый комплекс мероприятий по очистке зданий, сооружений, прилегающих к предприятиям загрязненных зон. Наиболее важной и неотложной задачей на всех направлениях реабилитации территорий является очистка почв и грунтов.

В случае аварии предприятия атомной промышленности грунты и почвы содержат наибольшую часть выброшенных при взрыве радионуклидов, являясь основным источником внешнего облучения населения. Радионуклиды и нефтепродукты, находящиеся в почвах и грунтах, способны оказывать непосредственное воздействие на экосистемы в течение длительного времени. Таким образом, очистка грунтов и почв является одной из важнейших составляющих реабилитации пораженных территорий.

В основе методов очистки лежит принцип выделения из общей массы и удаление наиболее загрязненной фракции грунта. Таковой являются мелкие фракции почв и грунтов, которые содержат до 50-80% загрязнений, а массовая их часть, как правило, незначительна (10-20%). Таким образом, удаление незначительного количества мелкой фракции грунта значительно снижает его загрязнение и дает возможность использовать большую оставшуюся часть в хозяйственных целях.

Известна установка для очистки почв, содержащая емкость с пульпой, соединенную посредством насоса с классификатором и гидроциклон, связанный с классификатором трубопроводом [1]. Однако данная установка не обеспечивает требуемой степени очистки грунта.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки загрязненного грунта, содержащее загрузочное средство, сепаратор для отделения крупной фракции, классификатор для фракционирования грунта, промыватель чистой водой, сборник мелкой фракции и загрязнений и приспособление для выгрузки чистой фракции грунта [2].

Ленточный конвейер подает грунт в сепаратор (барабан с лопастями и корзиной) для отделения крупной фракции, которую отводят через приспособление для выгрузки в виде очищенного грунта. Суспензию подают в классификатор (виброгрохот), фракции грунта орошают чистой водой, относительно крупную фракцию считают очищенным грунтом, а мелкую фракцию направляют в гидроциклоны с последующей обработкой на спиральном классификаторе и установке флотации. В дальнейшем мелкую фракцию направляют в специальный сборник.

Недостатками аналога являются невысокий коэффициент очистки и сложность в аппаратурном оформлении.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента очистки при одновременном упрощении технологии процесса очистки грунта.

Технический результат достигается тем, что устройство для очистки загрязненного грунта, содержащее загрузочное устройство, сепаратор для отделения крупной фракции, классификатор для фракционирования грунта, промыватель чистой водой, сборник мелкой фракции и загрязнений и приспособление для выгрузки чистой фракции грунта, согласно изобретению снабжено улавливателем частиц фракции для промывки, приспособлением для выгрузки промежуточной фракции и пульсопроводом с пульскамерой, сепаратор для отделения крупной фракции выполнен в виде наклонной спиралевидной сетки, классификатор для фракционирования выполнен в виде колонны переменного сечения, промыватель чистой водой выполнен в виде вертикальной трубы, улавливатель частиц фракции для промывки расположен между загрузочным средством и промывателем, при этом сепаратор, классификатор, промыватель, улавливатель и приспособление для выгрузки чистой фракции грунта заключены в единый корпус с крышкой, а корпус выполнен из двух сопряженных частей.

Оптимальными условиями для достижения технического результата являются следующие:
- загрузочное средство выполнено в виде воронки с цилиндрической нижней частью, установленной в трубу коаксиально колонне классификатора;
- улавливатель частиц фракции для промывки выполнен в виде усеченного конуса с направленным вверх основанием;
- пульскамера соединена с промывателем;
- устройство снабжено дополнительной пульскамерой, соединенной с корпусом;
- пульскамеры выполнены в виде изогнутых под 90^o цилиндрических труб с вентилем на свободном конце для связи с атмосферой;
- сопряженные части корпуса выполнены в виде цилиндров с соотношением d_в>d_н,
где d_в - диаметр кольцевого сечения верхней части корпуса;
d_н - диаметр кольцевого сечения нижней части корпуса;
- в колонне переменного сечения установлена тарельчатая насадка;
- вертикальная труба промывателя выполнена с тарельчатой насадкой;
- промыватель имеет патрубок для подачи чистой воды, расположенный ниже насадки;
- нижняя часть корпуса выполнена с патрубком для подачи оборотной воды, расположенным ниже насадки;
- пульсопровод прикреплен к крышке корпуса;
- устройство снабжено узлом выгрузки крупной фракции, выполненным в виде короба, расположенного у верхнего конца наклонной сетки под крышкой корпуса и соединенного с желобом, выведенным за внешнюю стенку корпуса;
- сборник мелкой фракции имеет штуцер для выгрузки и расположен в верхней части корпуса под крышкой со стороны, противоположной узлу выгрузки крупной фракции;
- приспособление для вывода промежуточной фракции выполнено в виде клапана со штуцером, расположенным в нижней части корпуса;
- нижняя часть трубы промывателя с приспособлением для выгрузки чистой фракции расположена ниже корпуса;
- приспособление для выгрузки чистой фракции выполнено в виде клапана со штуцером и расположено в нижнем торце трубы промывателя.

Предлагаемое устройство изображено на фиг. 1.

Устройство состоит из нескольких функциональных зон: зоны приготовления пульпы из исходного грунта и оборотного раствора и одновременного отделения крупнокусковой фракции грунта; зоны отделения мелкой фракции грунта и загрязнений; зоны промывки крупной фракции грунта чистой водой; зоны выделения условно-чистой промежуточной фракции грунта.

Зона приготовления пульпы из исходного грунта включает в себя трубу 1, верхний торец которой закреплен на крышке аппарата 2, а нижний открыт, установленную внутри аппарата коаксиально его корпусу 3. В верхнюю часть трубы 1 через крышку аппарата 2 введен цилиндрический хвостовик загрузочной воронки 4 с заглушенным торцом и отверстием в боковой поверхности. Между внутренней поверхностью трубы 1 и внешней поверхностью хвостовика расположена наклонная спиралевидная сетка 5. Нижняя и средняя части трубы 1 заполнены распределительной тарельчатой насадкой 6. Нижний конец наклонной сетки заканчивается горизонтальным участком, который отделяет загрузочную зону (верхнюю) от зоны перемешивания (зона расположения тарелок 6). Верхний конец наклонной сетки заканчивается у нижнего среза окна выгрузки 7 крупнокусковой фракции грунта. Окно выгрузки 7 представляет собой короб прямоугольного сечения, одним торцом тангенциально врезанный в верхнюю часть трубы 1, а другим соединенный с цилиндрическим желобом 8, служащим для выгрузки крупнокусковой фракции грунта из аппарата.

На одной оси с трубой 1 у ее открытого нижнего конца расположен улавливатель 9, представляющий собой усеченный конус с направленным вверх основанием и служащий для улавливания крупной фракции грунта и направления его в промывную зону.

Зона отделения мелкой фракции грунта и загрязнений включает в себя цилиндрическую обечайку корпуса 3, верхний торец которой открыт, а к нижнему прикреплен конический переход 11, соединенный с зоной выделения условно чистой промежуточной фракции грунта. Кольцевое сечение между внутренней поверхностью корпуса 3 и внешней поверхностью трубы 1 по всей ее высоте заполнено распределительной тарельчатой насадкой 12. Для сбора сливающегося с верхнего среза корпуса 3 оборотного раствора и выводимой вместе с ним мелкой фракции грунта служит сборник 13, представляющий собой цилиндрическую обечайку с наклонным днищем и горизонтальной крышкой 2, установленную коаксиально внешней поверхности корпуса 3. В нижней точке наклонного днища прикреплен штуцер 14 вывода мелкой фракции грунта и оборотного раствора из аппарата.

Зона промывки крупной фракции грунта чистой водой расположена на одной оси с зоной приготовления пульпы из исходного грунта под нижним срезом направляющей воронки 9 и включает в себя цилиндрическую трубу 15 промывателя, верхний торец которой открыт, а к нижнему прикреплен конический переход, соединенный с клапаном 16 системы выгрузки крупной фракции грунта из аппарата через штуцер 17. Внутри цилиндрической трубы 15 по всей ее высоте расположена распределительная тарельчатая насадка 18. Для ввода чистой воды в зону промывки к внешней поверхности цилиндрической трубы 15 в ее нижней части прикреплен штуцер 19.

Зона выделения условно чистой промежуточной фракции грунта расположена коаксиально с зоной промывки крупной фракции грунта чистой водой и представляет собой нижнюю часть корпуса 3, верхний торец которой прикреплен к коническому переходу 11, а нижний заканчивается наклонным днищем, в нижней точке которого прикреплен штуцер 20 с клапаном 21 для вывода промежуточной фракции грунта из аппарата. Кольцевое сечение между внутренней поверхностью нижней части корпуса 3 и внешней поверхностью трубы 15 по всей ее высоте заполнено распределительной тарельчатой насадкой 22. Для ввода оборотного раствора в зону к внешней поверхности цилиндрической нижней части корпуса 3 прикреплен штуцер 23.

Для наложения пульсации на реагенты в каждой из функциональных зон к крышке аппарата 2 прикреплен штуцер подвода пульсации 24. Для обеспечения требуемой интенсивности пульсации в зоне выделения условно чистой промежуточной фракции грунта она снабжена пассивной пульскамерой, представляющей собой изогнутую под 90^o цилиндрическую трубу 25 с вентилем на верхнем конце для связи ее с атмосферой, нижний конец которой прикреплен к внешней поверхности корпуса 3 в его нижней части. Аналогичной пульскамерой 26 снабжена и труба 15 промывателя крупной фракции грунта чистой водой.

Устройство работает следующим образом.

После предварительного заполнения аппарата водой на жидкость в нем накладываются низкочастотные пульсации, которые создаются специальной системой пульсации вне аппарата и подводятся к нему через пульсопровод 24 в крышке 2. Регулирование интенсивности низкочастотных пульсаций в различных частях аппарата посредством изменения уровня жидкости в пульскамерах 26 и 25 позволяет достигать необходимого гидродинамического режима перемешивания реагентов в различных функциональных зонах аппарата.

Далее в загрузочную воронку 4 одновременно начинается дозировка исходного грунта и оборотной воды в соотношении,. достаточном для приготовления пульпы с Т:Ж=1:1 - 1:5. Через нижний конец цилиндрической части воронки, коаксиально вставленный в трубу 1 аппарата, смесь исходного грунта и оборотной воды поступают на наклонную сетку 5, спирально поднимающуюся к тангенциально расположенному окну выгрузки 7 кусковой фракции грунта. Под действием пульсации жидкости в трубе 1 аппарата исходный грунт распульповывается, мелкая фракция проходит сквозь сетку 5, а кусковая фракция, не пропускаемая сеткой, под действием пульсации поднимается по ней к окну выгрузки 7. Транспортировка крупной фракции по сетке под действием обычной пульсации происходит только до зеркала жидкости в аппарате. Окно выгрузки расположено на 100 мм выше зеркала жидкости в аппарате. Для подъема крупной фракции до уровня окна выгрузки на жидкость периодически накладывается сильный импульс, поднимающий уровень жидкости в центральной трубе несколько выше нижнего среза окна выгрузки. При этом часть жидкости вытекает из окна выгрузки в трубу выгрузки 8, захватывая с собой и часть крупной фракции. Разделение крупной фракции грунта и оборотной воды происходит вне аппарата на дренаже.

Прошедшая сквозь сетку мелкая фракция грунта интенсивно перемешивается в трубе 1, в которой установлена тарельчатая насадка 6, турбулизующая пульпу под действием пульсации. При этом происходит диспергирование агломератов грунта на более мелкие составляющие. Вытекающая из нижнего конца трубы пульпа поступает в поперечное сечение аппарата, ограниченное внешней цилиндрической корпуса 3. Поток жидкости в этом сечении движется с определенной скоростью вверх, поэтому смешивающаяся с этим потоком пульпа начинает классифицироваться.

Легкие мелкие фракции частиц грунта подхватываются потоком жидкости и начинают подниматься вверх по сечению аппарата. Для усреднения скорости восходящего потока в поперечном сечении корпуса 3 установлена тарельчатая насадка 12. Крупные частицы грунта падают вниз в расположенный под трубой усеченный конус 9 и далее в верхнюю часть трубы 15 промывателя.

В нижнюю часть промывателя через штуцер 19 подается чистая вода. Скорость восходящего потока чистой воды в промывной зоне аппарата существенно превышает скорость жидкости в остальных его частях, что исключает попадание в нее частиц меньше определенного размера. Попавшие же частицы подвергаются интенсивному перемешиванию за счет установленной в ней тарельчатой насадке 18, что способствует очистке их поверхности от растворимых примесей и налипших мелких частиц. Время и качество такой обработки определяется высотой промывной зоны аппарата. Выводимая из нижней части промывной зоны через клапан 16 и штуцер 17 чистая фракция грунта поступает в контейнер, из которого удаляется в места ее складирования.

Частицы фракций грунта промежуточного размера, не поднимающиеся в основном сечении аппарата вверх и не опускающиеся в его промывную зону, выводятся из аппарата через кольцевой зазор между трубой 15 и внешней стенкой нижней части корпуса 3 и далее через клапан 21 со штуцером 20 из аппарата. Для исключения попадания в эту фракцию мелких частиц в нижнюю часть кольцевого зазора через штуцер 23 подают оборотную воду. Скорость восходящего потока этой воды равна скорости восходящего потока в основном сечении аппарата. Для усреднения скорости восходящего потока в поперечном сечении кольцевого зазора между трубой 15 промывателя и корпусом установлена тарельчатая насадка 23. Учитывая, что фракция грунта промежуточного размера может содержать некоторое количество загрязняющих примесей, она по мере надобности может быть возвращена на повторную обработку с оборотной водой для распульповки исходного грунта.

Мелкая фракция грунта, унесенная потоком жидкости (оборотной воды) в основном сечении аппарата, а также фракции грунта, всплывающие в воде, выводятся из аппарата вместе с оборотной водой, которая переливается через верхний срез верхней части корпуса 3 аппарата в кольцевой сборник 13 и далее через штуцер 14 подается на центрифугирование. Осветленная в процессе центрифугирования оборотная вода поступает на паспульповку исходного грунта, а получающийся осадок выгружается в контейнер и далее отправляется на захоронение.

Пример осуществления процесса очистки грунта от радионуклидов представлен в виде табл. 1-4.

Как следует из результатов, представленных в табл. 4,85% грунта имеет удельную активность менее 2 Бк/г, в то время как 15% имеет удельную активность более 365 Бк/г, при этом величина коэффициента очистки достигает 20.

Пример осуществления процесса очистки грунта от нефтепродуктов представлен в виде табл. 5-7. Геометрические размеры функциональных зон аппарата соответствуют данным табл. 5.

Как следует из результатов, представленных в табл. 7,90% грунта содержит менее 1,1 г/кг, в то время как 10% грунта содержит более 600 к/кг, при этом величина коэффициента очистки достигает 600.

Таким образом, изобретение позволяет существенно повысить величину коэффициента очистки при проведении процесса очистки в одном аппарате, что значительно упрощает технологию процесса в целом.

Изобретение может быть использовано для очистки почвы и грунта, загрязненных радионуклидами и нефтепродуктами. Сущность изобретения: устройство выполнено в едином корпусе, состоящем из двух сопряженных частей. В корпусе размещены сепаратор для отделения крупной фракции в виде наклонной спиралевидной сетки, классификатор для фракционирования грунта в виде колонны, промыватель чистой водой в виде вертикальной трубы и улавливатель частиц фракции для промывки, расположенный между средством загрузки и промывателем. Устройство снабжено пульсопроводом с пульскамерами, прикрепленными к промывателю и нижней части корпуса. Аппарат заполняют водой, накладывают низкочастотные пульсации, обеспечивающие необходимый гидродинамический режим перемешивания, и дозируют исходный грунт и оборотную воду. Грунт распульповывается, крупная фракция, не пропускаемая сеткой, отделяется. Прошедшая сквозь сетку фракция грунта классифицируется в колонне переменного сечения с насадкой. Мелкие фракции поднимают в улавливатель и затем в промыватель чистой водой и после очистки в приспособление для выгрузки. Фракции промежуточного размера выводят из нижней части корпуса аппарата и направляют на повторную обработку с обработкой водой. Технический результат: повышение коэффициента очистки грунта, упрощение технологии очистки. 17 з.п. ф-лы, 1 ил., 7 табл.

1. Устройство для очистки загрязненного грунта, содержащее загрузочное средство, сепаратор для отделения крупной фракции, классификатор для фракционирования грунта, промыватель чистой водой, сборник мелкой фракции и загрязнений и приспособление для выгрузки чистой фракции грунта, отличающееся тем, что оно снабжено улавливателем частиц фракции для промывки, приспособлением для выгрузки промежуточной фракции грунта и пульсопроводом с пульскамерой, сепаратор для отделения крупной фракции выполнен в виде наклонной спиралевидной сетки, классификатор для фракционирования выполнен в виде колонны переменного сечения, промыватель чистой водой выполнен в виде вертикальной трубы, улавливатель частиц фракции для промывки расположен между классификатором и промывателем, при этом сепаратор, классификатор, промыватель, улавливатель и приспособление для выгрузки чистой фракции грунта заключены в единый корпус с крышкой, а корпус выполнен из двух сопряженных частей. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что загрузочное средство выполнено в виде воронки с цилиндрической нижней частью, установленной коаксиально корпусу классификатора. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что улавливатель частиц фракции для промывки выполнен в виде усеченного конуса с направленным вверх основанием. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пульскамера соединена с промывателем. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной пульскамерой, соединенной с корпусом. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что пульскамеры выполнены в виде изогнутых под 90^o цилиндрических труб с вентилем на свободном конце для связи с атмосферой. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сопряженные части корпуса выполнены в виде цилиндров с соотношением
d_в ≥ d_н,
где d_в - диаметр кольцевого сечения верхней части корпуса;
d_н - диаметр кольцевого сечения нижней части корпуса. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в колонне переменного сечения установлена тарельчатая насадка. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в цилиндрической нижней части загрузочного средства установлена тарельчатая насадка. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вертикальная труба промывателя заполнена тарельчатой насадкой. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что промыватель имеет патрубок для подачи чистой воды, расположенный ниже насадки. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть корпуса выполнена с патрубком для подачи оборотной воды, расположенным ниже насадки. 13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пульсопровод прикреплен к крышке корпуса. 14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено узлом выгрузки крупной фракции, выполненным в виде короба, расположенного у верхнего конца наклонной сетки под крышкой корпуса и соединенного с желобом, выведенным за внешнюю стенку корпуса. 15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сборник мелкой фракции имеет штуцер для выгрузки, расположенный в нижней части его наклонного днища. 16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для вывода промежуточной фракции выполнено в виде клапана со штуцером и расположено в нижнем торце корпуса. 17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть трубы промывателя с приспособлением для выгрузки чистой фракции расположена ниже корпуса. 18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для выгрузки чистой фракции выполнено в виде клапана со штуцером и расположено в нижнем торце трубы промывателя.