Технология обезвоживания илов с помощью геоконтейнеров при отрицательных температурах. Экспериментальный пробег в ноябре 2014 года.

Цель:

Основной целью испытаний является определение технической возможности и экономической целесообразности проведения работ по обезвоживанию иловых осадков с использованием геосинтетических контейнеров (геотубов) при установившихся отрицательных температурах воздуха.

Кроме того, в ходе испытательного пробега при отрицательных температурах определялись:

  • Влияние размера открытых пор геоконтейнера на скорость истечения фильтрата и его чистоту;
  • Необходимость изменения времени для протекания реакции флокулянта с раствором пульпы;
  • Способы поддержания истечения фильтрата из геотуба.

Объект исследования:

В пробеге использовались два тестовых геотуба размером 1,5х4 метра полезным объёмом 5м3:

  • Геоконтейнер №1 - АсеТube (Тайвань), размер пор 0,425 мм.
  • Геоконтейнер №2 - Тhгасе Grouр (Греция), размер пор 0,175 мм.

Место проведения:

Местом проведения испытательного пробега выбрана площадка ЗАО «Сибур-Химпром», г. Пермь. При выборе места проведения испытаний принимались во внимание следующие соображения:

  • Проведение работ с илом, использованным для подобных опытов в июне 2014 года, позволит сравнить данные зимнего эксперимента с летними результатами;
  • Возможность определения обводнённости ила по окончании пробега в независимой лаборатории ЗАО «Сибур-Химпром»;
  • Готовность экологической службы предприятия идти на встречу в исследовании новых, зачастую неординарных технологий, обещающих в будущем повышение эффективности и снижение затрат на экологические мероприятия по утилизации отходов производства.

Описание эксперимента:

  1. Ил-осадок из шламонакопителя закачивается в вакуумную автоцистерну.
  2. Раствор заранее подобранного в лабораторных условиях флокулянта из растворной ёмкости добавляется в вакуумную автоцистерну к находящемуся там илу-осадку.
  3. Смесь ила-осадка с раствором флокулянта отстаивается в автоцистерне в течение 10 минут для образования флокул.
  4. Ил-осадок, обработанный флокулянтом перекачивается из автоцистерны в геосинтетический контейнер. Повторяя операции 1-4 наполняются оба контейнера.
  5. С помощью теплогенератора вокруг геоконтейнера №1 поддерживается положительная температура, в то время как геоконтейнер №2 обезвоживается при отрицательной температуре воздуха без обогрева.

Обезвоживание ила-осадка в геоконтейнерах продолжатеся двое суток, после чего установки разбираются, а геоконтейнеры с содержащимся в них илом утилизируются.

Во время проведения эксперимента измеряется температура окружающего воздуха и температура внутри укрытия геоконтейнера №1. По окончании эксперимента определяется влажность ила, содержащегося в геоконтейнерах.

Подготовка площадок и начало заполнения геоконтейнеров.

Геоконтейнер №1

Геоконтейнер №2

Оценка влияния снижения температуры окружающей среды на время реакции флокулянта с раствором пульпы.

  1. Раствор флокулянта готовился накануне эксперимента в помещении с положительной температурой. Время затворения раствора составляло 12 часов.
  2. Для основного эксперимента использовался 0,1% раствор флокулянта. При обработке пульпы, содержащей 4% сухого ила-осадка, для полного завершения реакции раствору, имевшему температуру 10°С требовалось 10 минут. При этом фильтрат, истекающий сквозь поры геоконтейнера имел высокую степень прозрачности, проскоков ила не наблюдалось.
  3. При увеличении концентрации раствора флокулянта вдвое, до о,2%, 10 минут для завершения реакции оказалось недостаточно, флокулянт не успевал прореагировать с илом-осадком, содержащимся в пульпе и из геоконтейнера вытекал загрязнённый, фильтрат, практически не отличимый от исходного сырья.
  4. Увеличение времени реакции с 10 до 20 минут позволило флокулянту полностью прореагировать с илом, истекающий флокулянт приобрел прозрачность.

Оценка влияния размеров открытых пор материала геосинтетического контейнера на скорость истечения и чистоту фильтрата.

При правильно подобранном флокулянте, соблюдении технологии его затворения водой и выдержки требуемого времени для реакции раствора с илом увеличение размера открытых пор материалагеосинтетического контейнера с 0,175 мм до 0,425 мм не вызывает ни проскока пульпы сквозь мембрану геоконтейнера, ни кольматации пор материала.

В то же время уменьшение размера пор в 2,5 раза ожидаемо привело к снижению скорости обезвоживания.

В первоначальный момент истечения фильтрата, скорость стенки геоконтейнера с размером пор 0,175 мм оказалась в три раза ниже по сравнению с контейнером с размерами пор 0,425 мм.

В последствии, при умньшении процентного содержания влаги в пульпе вследствие обезвоживания, размер пор перестаёт иметь существенное значение и скорости истечения фильтрата в обоих контейнерах практически выравниваются.

Процесс разделения пульпы на фильтрат и осадок под действием флокулянта.

Определение технической возможности и экономической целесообразности проведения работ по обезвоживанию иловых осадков с использованием геосинтетических контейнеров (геотубов) при установившихся отрицательных температурах воздуха.

Для проведения пробега были выбраны три морозных дня в ноябре 2014 года.

Как и предполагалось, при отрицательной температуре воздуха ил в Геоконтейнере №2 замерз. Времени до замерзания внешней поверхности геотуба не хватило для обезвоживания содержимого до значений сравнимых с аналогичным испытанием в июне 2014 года - лед, образовашийся на поверхности геоконтеинера «запечатал» внутри влажный еще ил.

На вырубленном из геотуба куске замороженного осадка отчётливо отчётливо виден внешний слой льда, под которым находится до сих пор пластичный слабо обезвоженный ил. Таким образом, для уверенного обезвоживания содержимого геоконтейнера достаточно поддерживать минимальную положительную температуру на поверхности мембраны.

Поддержание положительной температуры поверхности геоконтейнера предполагалось осуществлять следующим образом: Геотуб располагается на дренирующей поверхности, которая помимо отведения фильтрата несёт функцию термоизоляции геоконтейнера, имеющего положительную температуру от промёрзлой земли.

Вариант 1.

С помощью укрытия вокруг геотуба создаётся воздушная прослойка, в которую теплогенератором нагнетается теплый воздух. При этом упор делается не на температуру нагнетаемого воздуха, а на постоянно прокачиваемый объём.

Первоначально укрытие было выполнено из трёх слоёв — два слоя непромокаемого материала с прослойкой из теплоизолирующего мата. Для непромокаемых слоёв была выбрана ПВХ плёнка, в качестве теплоизолирующего слоя — нетканый материал «дорнит». В пробеге, для снижения расходов на испытание и сокращения сроков проведения эксперимента листы материала укрытия соединялись между собой с помощью деревянных брусков и степплера.

Для обеспечения воздушного промежутка между поверхностью геотуба и укрытием использовались деревянные европоддоны. Для регулирования температурного режима укрытие было подвёрнуто под геотуб и зафиксировано. Воздушный тепловой поток формировался автономным дизельным теплогенератором (тепловой пушкой) и подавался в воздушный зазор через металлический короб.

 

В ходе эксперимента выявились недостатки конструкции установки:

  • Укрытие получилось тяжелей расчётного и мощности подаваемого воздушного потока оказалось недостаточно для создания воздушного зазора над всей поверхностью геоконтейнера — в некоторых местах укрытие соприкасалось с геотубом и температура поверхности геоконтейнера в этом месте быстро уходила в отрицательную зону;
  • Влага, случайно попавшая в процессе монтажа установки под внешний слой укрытия увеличивала вес и без того переутяжелённого «одеяла»;
  • Идея регулирования температурного режима созданием в различных местах отверстий для выхода воздуха себя не оправдала, распределение температуры по поверхности геотуба оказалось крайне неравномерным;
  • Никак не регулируемый чересчур горячий поток воздуха расплавлял укрытие на входе в установку;

Вариант 2.

Во втором варианте была изменена общая концепция нагрева: передняя часть воздушного зазора, находящаяся ближе к теплогенератору получает тепло от стенок разогретого центрального воздуховода; задняя часть дополнительно обогревается потоком воздуха, проходящего центральный воздуховод насквозь. От прогрева воздушного зазора под геотубом отказались ввиду непригодности такого способа для обезвоживания в промышленном масштабе - товарные геоконтейнеры большого объёма как правило смонтированы либо на подсыпку из щебня, либо уложены непосредственно на гидроизоляционный слой.

Температурный режим изменяется путём перекрытия центрального воздуховода задним регулировочным листом — при отсутствии листа теплый воздух не задерживаясь проходит по центральному воздуховоду и выбрасывается наружу; при полном перекрытии горячий воздух не имея прямого выхода просачивается в полость укрытия сквозь умышленно оставленные неплотности центрального воздуховода.

Кроме того, предусмотрена теоретическая регулировка величины эжекции холодного наружного воздуха в центральный воздуховод у рабочего среза теплогенератора (не использовалась).

Испытания начались при температуре окружающего воздуха -10°С. Изменяя задним регулировочным листом степень выхода горячего воздуха из центрального воздуховода, инженеры старались поддерживать минимально необходимую по экономическим соображениям температуру воздуха вблизи поверхности геотуба равную +1°С. Однако малейшие изменения температуры окружающей среды, силы и направления ветра быстро снижали температуру поверхности геоконтейнера, что и регистрировал дистанционный электронный термометр. Поэтому, с целью упрощения поддержания температурного режима было решено увеличить температуру воздуха внутри укрытия. Оптимальной с точки зрения соотношения затрат на обогрев и простоты поддержания оказалась температура +5°С. Запаса в 5 градусов достаточно для реагирования в рабочем порядке на изменение атмосферных факторов.

Через сутки пробега был проведён эксперимент, имитирующий отказ системы обогрева — тепловая пушка была отключена на два часа при температуре окружающего воздуха -10°С. Следствием этого стало обмерзание геоконтейнера. По краям геотуба термометр фиксировал -3°С. Через 2 часа теплогенератор был запущен на полную мощность, задний регулировочный лист установлен в положение максимального нагрева воздуха под укрытием. Возобновление истечение фильтрата произошло лишь спустя 4 часа после прогрева в максимальном режиме. Эксперимент показал, что поддержание минимальной положительной температуры воздуха под укрытием вблизи поверхности геоконтейнера значительно проще и экономически выгодней прогрева самого геотуба вместе с содержимым.

Пробег был завершён спустя двое суток с момента заполнения геотубов.

К окончанию испытаний поверхность геоконтейнера №2 оказалась замороженной 40 часов. Содержимое же подогреваемого геотуба №1 обезвоживалось до самого окончания ксперимента.

Процентное содержание влаги содержимого геоконтейнеров по окончании эксперимента, а также данные летнего пробега представлены в таблице №1.

Таблица №1 Показатели обводнённости содержимого геоконтейнеров.

% обводнённости Геоконтейнер №1 (замороженный) Геоконтейнер №2 (прогреваемый) Аналогичные испытания июнь 2014
Исходная пульпа 96%
Содержимое геотубов после 48 часов обезвоживания 85% 73% 69%

По окончании пробега установки были разобраны, геоконтейнеры вместе с их содержимым погружены в автомашины и вывезены на утилизацию.

Выводы:

1. Обезвоживание с применением геосинтетических контейнеров при отрицательных температурах окружающей среды невозможно ввиду быстрого замораживания поверхности геотуба и полного прекращения истечения фильтрата.

2. Применение мер по созданию минимальной положительной температуры воздуха вблизи поверхности геоконтейнера позволяет проводить обезвоживание при отрицательных температурах также эффективно, как и при положительных.

3. Эксперементально подтверждено сеижение скорости реакции раствора флокулянта с уменьшением температуры раствора пульпы.

4. Увеличение размера открытых пор геоконтейнера с 0,175 мм до 0,425 мм:

  • Не привело к проскоку обезвоживаемого ила;
  • Увеличивает скорость истечения фильтрата в начальной стадии обезвоживания (см. график 1).

График 1. Зависимость скорости истечения фильтрата от размера открытых пор материала геоконтейнера.