Способ переработки слоя осветленной воды шламовых полей и устройство для его реализации Российский патент 2025 года по МПК C02F11/12 

Техническое решение относится к экологии и охране окружающей среды применительно к мокрым схемам удаления и очистки пылегазовых потоков в теплоэнергетике, металлургии и химической или целлюлозно-бумажной промышленности. Существует обширная научно-техническая литература в этой области. Это, например, Богданов А.В. и др. Комплексная переработка отходов целлюлозно-бумажной промышленности, Иркутск: ИРНИТУ, 2000. 228 с. Для металлургии это красный шлам глиноземного производства - Лайнер А.И. и др. «Производство глинозёма, М.: Металлургия, 1978», 344 с: с. 123, а также, Минцис М.Я., Поляков П.В., Сиразутдинов Г.А. «Электрометаллургия алюминия», Новосибирск: «Наука», 2001, 368 с; с. 318. В теплоэнергетике при сжигании пылеугольного топлива золошламовые отходы также направляются гидротранспортом на шламовые поля, организуемые на низменных участках рельефа (БСЭ, М.,1972, 622 с., с 570). Известно большое число изобретений по очистке сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности. Это Авт. св. СССР № 1368266; 1573004, 1747388, RU № 2136599 и др. В большинстве этих решений задача ставится в излишне обобщенном виде очистки и переработки всего сразу по высоте содержимого шламовых полей. Представляется возможным и необходимым создавать и использовать технологию переработки, разделяя ее на два этапа.

Лигнин как основной компонент практически не растворим в воде и органических растворителях (БСЭ, М., 1973. т. 14, 623 с., с 431).

Красный шлам глинозёмного производства в металлургии после отмывки щелочных компонентов состоит из оксидов железа, кремния и алюминия, также нерастворимых в нейтральных средах. Это относится и к золошламовым полям тепловых электрических станций.

Шламовые поля в результате подразделяются на два слоя - верхний практически чистый слой воды и нижний слой собственно шлама.

Способом отказа от шламовых полей является переход к «сухой схеме» перемещения и переработки газопылевых отходов. Другой заманчивый путь заключается в переходе на газовое топливо, в котором содержание зольных компонентов близко к нулю, в то время как в энергетических углях содержание минеральной зольной части достигает иногда 30 % и более.

Задача ликвидации шламовых полей существует, а известные способы их переработки весьма разнообразны.

По способам, относящимся к целлюлозно-бумажному производству это SU № 1573004, RU № 2136599, SU № 1747388. По золам на ТЭС это SU № 621648, SU № 1010039, RU № 2443636 и др.

Наиболее близким к предлагаемому решению, принятым за прототип является «Способ испарения слоя осветленной воды шламовых, шлам-лигниновых и золошламовых полей химико-технологических, металлургических и теплоэнергетических производств и устройство для его реализации» (RU № 2793678, МПК C02F 11/12, E21C 41/32, опубл. 04.04.2023, Бюл. № 10) с размещением в этом слое пластиковых труб с циркулирующим в них чистым теплоносителем - водой, при температуре 95-98°C.

Устройство для реализации способа по прототипу громоздко, довольно сложно и малопроизводительно.

Согласно предлагаемому решению осветленную чистую воду удаляют не испарением, а кипячением.

Однако, кипятить воду непосредственно на всем шламовом поле практически невозможно и негуманно, так как в этой осветленной воде водится рыба, гнездятся утки, растут водоросли, т.е. существуют «свои» флора и фауна, а площадь таких полей достигает иногда десятков и сотен гектар. Частичное удаление воды с шламового поля - совершенно необходимо, так как в теплое дождливое время, когда в горах интенсивно тают снега, сходят мощные дождевые, а иногда и солевые потоки, что может привести к переполнению шламовых полей и их наполнители - шламы и другая грязь могут хлынуть в Байкал, Селенгу, Ангару и другие речные системы.

Для реализации предложенного способа осветленную воду подают для кипячения по трубопроводу в отдельно стоящий на ТЭС электрический или работающий на газовом топливе котел- кипятильник.

На чертеже представлена схема заборного устройства: 1 - слой осветленной воды; 2 - слой шлама; 3 - грунт; 4 - металлический - алюминиевый или стальной цилиндр с десятками или сотнями отверстий 5 диаметром 3÷5 мм на его вертикально расположенной поверхности. Снаружи поверхность цилиндра покрывается фильтровальной тканью 6, предупреждающей от засасывания в систему как дисперсных твердых частиц, так и биологических материалов, например мелких водорослей. На чертеже показан также трубопровод 7 для подачи осветленной воды на ТЭС в котел-кипятильник.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении возможности регулирования уровня осветленного слоя, что позволяет исключить переполнения системы при возникновении проливных дождей, таяния льдов и снегов в горах.

Кроме того, появится возможность уменьшить площади, занятые шламовыми полями и использовать их для выращивания сельхозпродукции и под под городское строительство.

В дальнейшем, при переходе на газовое топливо, зольность которого близка к нулю, шламовые поля можно превратить в небольшие декоративные озера с регулируемым уровнем жидкости.

Заборное устройство, представленное на фиг. снабжается двумя конечными выключателями НКВ и ВКВ - нижним и верхним при автоматической синхронной работе их с котлом-кипятильником на ТЭС или на берегу.

При достижении допустимого уровня осветленной воды, например, в 90% ВКВ автоматически включает систему в работу на забор воды и подачу ее на ТЭС в котел-кипятильник. После достижения заданного нижнего уровня осветленной воды на поле, например, в 50 % НКВ отключает систему. Эти действия, могут выполнятся автоматически.

При работе устройства пар из котла-кипятильника (на фиг. не показан) дозированно подается в дымовую трубу и далее уносится потоками атмосферного воздуха на значительное расстояние, входя в структуру облачности и массообмена между землей (водой) и облаками. Избыточный пар или конденсат могут подаваться также дозировочно в градирню, имеющуюся на каждой ТЭС.

По данным А.В. Богданова («Развитие научных и практических основ экологических технологий комплексной переработки осадков карт-шламонакопителей: на примере Байкальского региона. ИрГТУ, Иркутск, 2006, 275 с.) на шламовых полях прибрежной части Байкала, Братского и Усть-Илимского водохранилищ находится более 30 млн м³ шламовых отходов, закрытых слоем осветленной воды. Защита этих полей от переполнения определяет уровень экологического состояния и здоровья огромного региона Восточной Сибири.

Предлагаемые решения рекомендуется выполнять в конце весны - начале лета, когда после зимних месяцев и нахождения водного слоя подо льдом и вода этого слоя наиболее чиста.

Заявленные изобретения относятся к экологии и охране окружающей среды применительно к очистке сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности. Осуществляют переработку слоя осветленной воды шламовых, шлам-лигниновых и золошламовых полей. При достижении критической отметки высоты слоя в 90% от максимального значения осуществляют забор избыточной воды в количестве до 50% массы устройством забора. Устройство забора выполнено в виде металлического полого цилиндра, вертикальная поверхность которого снабжена системой отверстий для пропуска воды и покрыта снаружи фильтровальной тканью. Цилиндр устанавливают на поверхности слоя шлама в водном слое при комплекте его конечными выключателями верхней и нижней отметок осветленного слоя и трубой для подачи осветленной воды на ТЭС в котел-кипятильник. В котле-кипятильнике осуществляют кипячение воды, а образующийся пар подают в дымовую трубу или градирню. Технический результат: обеспечение возможности регулирования уровня осветленного слоя шламовых, шлам-лигниновых и золошламовых полей, что позволяет исключить переполнение системы при возникновении проливных дождей, таяния льдов и снегов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ переработки слоя осветленной воды шламовых, шлам-лигниновых и золошламовых полей, отличающийся тем, что при достижении критической отметки высоты этого слоя в 90% от максимального значения осуществляют забор избыточной воды в количестве до 50% массы устройством забора, выполненным в виде металлического полого цилиндра, вертикальная поверхность которого снабжена системой отверстий для пропуска воды и покрыта снаружи фильтровальной тканью, при этом цилиндр устанавливают на поверхности слоя шлама в водном слое при комплекте его конечными выключателями верхней и нижней отметок осветленного слоя и трубой для подачи осветленной воды на ТЭС в котел-кипятильник, в котором осуществляют кипячение воды, а образующийся пар подают в дымовую трубу или градирню.

2. Устройство для забора слоя осветленной воды шламовых, шлам-лигниновых и золошламовых полей, характеризующееся тем, что выполнено в виде металлического полого цилиндра, вертикальная поверхность которого снабжена системой отверстий для пропуска воды и покрыта снаружи фильтровальной тканью, при этом цилиндр устанавливают на поверхности слоя шлама в водном слое при комплекте его конечными выключателями верхней и нижней отметок осветленного слоя и трубой для подачи осветленной воды в котел-кипятильник ТЭС.