С.В. Комонов, Е.Н. Комонова
Ветровая эрозия и пылеподавление
Курс лекций. — Красноярск: Изд-во СФУ, 2008. — 192 с.

Глава 3. Методы и способы пылеподавления

3.6. Криогенная технология пылеподавления

Данная технология предназначена для складирования золошлаковых отходов теплоэнергетики в открытых гидроотвалах и может быть использовано в других отраслях промышленности на аналогичных объектах.

Недостатком, общим для всех гидрозолоотвалов, является пыление тонкодисперсных отходов на открытых поверхностях пляжей, образующихся при гидромеханизированном складировании отходов. Пыление происходит как в теплый период года, так и зимой вследствие высыхания поверхностного слоя, сублимации льда, скрепляющего частицы отходов, и ветровой эрозии, беспрепятственно развивающейся в бездождевые и малоснежные периоды. Пылящие поверхности пляжей становятся интенсивными источниками загрязнения окружающей среды.

Регулируя и изменяя влажность золошлакового материала, можно влиять на процесс пыления. Обеспечение необходимого увлажнения в период наиболее интенсивного пыления может быть осуществлено путем продления периода оттаивания пляжа.

Достоинством данной технологии относиться, невысокая стоимость, экологическая безопасность покрытия обеспечивающая высокую эффективность пылеподавления в зимний и весенне-летний период года. При нанесении ледяной теплоизоляции процесс оттаивания льда и зольного пляжа под ним продлевается до июня и обеспечивает постепенное увлажнение намывного массива пляжа в наиболее пылеопасный период (апрель – май).

Предлагаемый способ пылеподавления золошлаковых отходов позволяет использовать естественные отрицательные температуры воздуха, для промораживания пляжа и намораживания слоя льда.

К настоящему времени недостаточно полно разработаны научные основы проектирования систем пылеподавления на гидрозолоотвалах в районах с продолжительными отрицательными температурами воздуха, где на процесс пылеобразования влияют такие специфические факторы, как сезонное промерзание-оттаивание массива складируемых золошлаковых отходов, сублимация и зимняя ветровая эрозия. Процесс пыления на пляже возникает не только в теплые периоды года, но и зимой. Сухая поверхность мерзлого пляжа в значительной мере подвержена процессам ветровой эрозии. При скорости ветра 5 м/с и более эти поверхности становятся интенсивными источниками выделения пыли и загрязняют окружающую среду.

Способ возведения гидроотвала, включает отсыпку и поярусное наращивание внешней и внутренней дамб, подачу пульпы в пространство между ними, намыв внешней упорной призмы и заполнение намываемым материалом емкости гидроотвала. В суровых климатических условиях, гидроотвал с помощью внутренней дамбы разделяют на независимые внешнюю и внутреннюю секции, намыв внешней секции ведут вдоль ограничивающих ее дамб и постепенно, по мере формирования и осушения надводного пляжа на его поверхность отсыпают пылеподавляющий слой грунта, а после завершения намыва внешней секции заполняют внутреннюю секцию с выпуском пульпы под уровень воды.

При использовании данного способа гиброобеспыливания в результате затопления пляжа, между дамбами положение депрессионной поверхности фильтрационного потока может существенно повышаться. Поэтому не исключается обильное водонасыщение намывного массива приводящее к снижению устойчивости дамб.

Техническим результатом данной технологии является повышение экологической безопасности гидроотвала за счет предотвращения пыления пляжей в наиболее пылеопасный период года и снижение затрат на устройство системы пылеподавления, обеспечивающей устойчивость массива водонасыщенных отходов и эксплуатационную надежность сооружения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в рассмотренной технологии производиться намыв участка пляжа определенной ширины и длины вдоль дамбы (с апреля по сентябрь). После этого производиться промораживание участка пляжа, для того чтобы в данной зоне золошлаковый материал имел достаточную несущую способность. В дальнейшем на этом участке, производится отсыпка и уплотнение временной отделительной дамбы вдоль уреза воды высотой до 1 м из золошлаков, отбираемых на других участках без нарушения нормальной эксплуатации объекта. Затем производится отсыпка и уплотнение защитной призмы из золошлаков, исключающей прямой контакт с дамбой воды на затапливаемом пляже. После возведения дополнительных дамб, на гребне разделительной дамбы производиться установка насосов и дополнительного оборудования для перекачки осветленной воды из отстойного пруда на затапливаемый пляж (октябрь – декабрь). После этого производиться послойное намораживание слоя льда определенной толщины (для условий центральной Сибири h_лти может быть принята 0,5 м) (ноябрь – февраль). Высота слоя воды, которая подается на пляж для дальнейшего замораживания зависит от температуры наружного воздуха и скорости процесса превращения воды в лед. После завершения формирования льда определенной толщины, необходимо промораживание двухслойной мерзлой системы (январь-февраль). Контролируемое оттаивание мерзлого слоя золошлаков и слоя льда с соответствующим увлажнением поверхностного слоя золошлаков (апрель — июнь).

Применение предлагаемой технологии в других, более благоприятных климатических условиях возможно при использовании нанесения поверх намороженного льда теплозащитного экрана из древесных опилок или любого другого теплоизоляционного материала.

Предлагаемая технология не влияет на технологию намыва, так как технология может применяется на более интенсивно пылящих участках пляжа, в то время как намыв производится на другой стороне или в другую секцию гидрозолоотвала. При этом устойчивость гидрозолоотвала может регулироваться подбором необходимого расстояния между ограждающей и разделительной дамбами.

Технологическая простота предлагаемого способа позволяет обеспечить достаточно эффективное пылеподавление, при этом предлагаемая технология исключает процессы зимнего пыления, что не может быть достигнуто дождевальными и оросительными установками. Предлагаемая технология позволяет полностью снизить вынос золошлаковой пыли с поверхности гидрозолоотвала с апреля до июня, в результате этого достигается экологический эффект, в виде снижения вредного воздействия на прилегающую территорию к гидрозолоотвалу и окружающую природную среду.

Предлагаемый способ пылеподавления является ресурсосберегающим и учитывает естественные процессы сезонного промерзания-оттаивания массива золошлаковых отложений.

Сущность технологии заключается, прежде всего, в том, что используются естественные отрицательные температуры воздуха, для промораживания пляжа и намораживания слоя ледяной теплоизоляции. Предлагаемый способ не требует поднятия уровня воды в отстойном пруде и затопления пляжа, для этого производится перекачка воды из отстойного пруда и послойное ее намораживание; именно это, исключает повышение депрессионной поверхности и увеличение выходных градиентов на участке высачивания.

При соблюдении основных этапов предлагаемой технологии становится возможным полное прекращение пыления надводных пляжей гидрозолоотвалов в период наиболее активного развития процессов ветровой эрозии, позволяя снизить фильтрационные нагрузки на ограждающую дамбу и тем самым обеспечить устойчивость сооружения.

Рисунке 40 и 41– показан план секции гидрозолоотвала и его разрез А–А.

Рисунок 40 – План секции гидрозолоотвала

Рисунок 41 – Разрез А – А

Гидрозолоотвал размещен на равнинной местности и состоит из заполненной отходами 1, пылящего участка пляжа 2, отстойного пруда 3 секции 4.

Пылеподавляемый участок пляжа 2, подготавливается путем равномерного намыва размещаемых в гидрозолоотвале отходов по средствам пульповыпусков 5, разравнивания и уплотнения необходимого размера вдоль ограждающей дамбы 6, на котором возводятся, путем отсыпки и уплотнения, временная отделительная дамбы 7 вдоль уреза воды отстойного пруда 3 высотой до 1 м из отходов 1 отбираемых на других участках пляжа без нарушения нормальной эксплуатации гидрозолоотвала, для обеспечения достаточной несущей способности пляжа, при установлении максимальных отрицательных температур воздуха, производится промораживание массива тонкодисперсных отходов 1, на максимально возможную глубину до подошвы промороженного слоя 8, на котором отсыпается и уплотняется защитная призма 9 из золошлаков,

Созданная система ограждений из отделительных дамб 7 и защитной призмы 9 подвергается дополнительному промораживанию, с целью создания замкнутой системы исключающей прямой контакт воды на затапливаемом пляже с ограждающей дамбой 6 предохраняя ее от фильтрационных воздействий при краткосрочном затоплении пляжа 2.

На гребне разделительной дамбы производиться установка насосов 10 и дополнительного оборудования (шланги) для перекачки осветленной воды из отстойного пруда 3 в систему ограждений на подготовленный участок пляжа 2, после чего производиться заполнение ограждающей емкости предельно тонким слоем воды, которая в результате действия отрицательных температур воздуха в течение определенного времени замерзает и превращается в лед 11, процесс намораживания слоя льда определенной толщины производиться послойно (для условий центральной Сибири h_лти может быть принята 0,4 м). При перекачки, высота слоя воды, и толщина формирования ледяной теплоизоляции зависит от температуры наружного воздуха и скорости процесса превращения воды в лед. После завершения создания ледяной теплоизоляции 11, необходимо осуществить промораживание двухслойной мерзлой системы лед – тонкодисперсные отходы в течение всего периода действия минимальных отрицательных температур воздуха. По окончании холодного периода года, для продления периода оттаивания, на ледяную теплоизоляцию возможно наносить влажный теплоизоляционный материал 11 (например из опилок).

Контролируемое оттаивание мерзлого слоя отходов 1, слоя льда 11 и теплоизоляционного материала 12, обеспечивает пылеподавление в наиболее пылеопасный весенний период года, по средствам оттаивания льда при воздействии положительных температур воздуха и увлажнения поверхностного слоя тонкодисперсных отходов.