пойменный гидроотвал отходов предприятий

Формула изобретения

1. Пойменный гидроотвал отходов предприятий, характеризующийся тем, что он имеет земляную емкость, образованную ограждающим сооружением, траншею, размещенную в основании гидроотвала между ограждающим сооружением и рекой, и защитную дамбу, размещенную между траншеей и рекой, при этом уровень гребня защитной дамбы расположен выше максимального расчетного уровня воды в реке, ее противофильтрационный элемент перекрывает в основании водопроницаемый слой и на глубине сопряжен с водоупором, а дно траншеи расположено ниже бытового уровня воды в реке, причем полость траншеи водоподающим устройством сообщена с системой оборотного водоснабжения предприятия.

2. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дреной, которая размещена в отходах на расстоянии от основания и вдоль ограждающего со стороны реки сооружения и снабжена водоводами, расположенными вертикально и на расстоянии друг от друга, при этом верхний конец каждого водовода гидравлически сообщен с дреной, а нижний - с водопроницаемым слоем основания.

3. Гидроотвал по п.1, отличающийся тем, что уровень гребня защитной дамбы подобран из соотношения

где V_a - объем аварийной земляной емкости, образованной защитной дамбой;

V_в - расчетный объем аварийного вытекания разжиженных отходов из гидроотвала в направлении реки.

4. Гидроотвал по п.2, отличающийся тем, что дрена выполнена в виде дренажной ленты, снабжена дренажной трубой, а в ее основании выполнен противофильтрационный слой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при складировании отходов предприятий в поймах рек, в частности к противофильтрационной защите реки или водоема от стоков, например, из золошлаковых гидроотвалов, как вновь создающихся, так и находящихся в эксплуатации.

Известен пойменный гидроотвал отходов предприятия, включающий земляную емкость, образованную ограждающим сооружением, и траншею, размещенную в основании гидроотвала между ограждающим сооружением и рекой [1]. В таком пойменном гидроотвале загрязненные сточные воды, проникшие в основание, смешиваются с чистыми напорными грунтовыми водами природного происхождения (далее: природная вода) и вместе с ними беспрепятственно движутся к реке по водопроницаемому крупнозернистому русловому аллювию, который практически всегда имеется под относительно слабопроницаемым пойменным аллювием-наилком. В результате этого происходит загрязнение реки.

Известен гидроотвал с противофильтрационной вертикальной диафрагмой в основании по его периметру, при этом низ диафрагмы на глубине сопряжен с водоупором, а верх - с ограждающим сооружением [2]. В таком гидроотвале диафрагма работает под высоким напором сточных вод, что не обеспечивает надежность гидроотвала при эксплуатации.

Известен гидроотвал, который в нижнем бьефе ограждающего сооружения содержит в основании дренажную траншею и более удаленную от ограждающего сооружения траншею противодавления и два водоподающих устройства: одно для подачи из дренажной траншеи в гидроотвал сточной воды, перехваченной в основании, а другое для подачи в траншею противодавления чистой природной воды [3]. Создание такого гидроотвала связано с высокими затратами на выполнение траншеи противодавления и на ее эксплуатацию, при этом надежность гидроотвала невысокая. При несоблюдении равенства уровней воды в траншеях по водопроницаемому слою в основании происходит перетекание воды из одной траншеи в другую, что ведет или к загрязнению природной воды или к ее непроизводительному расходованию. Последнее может вызвать дебаланс в системе оборотного водоснабжения предприятия.

Дебаланс неизбежно возникает в случае притока в основание гидроотвала природной грунтовой воды с более высоких уровней местности, например, со склона высокого берега реки. Этот дебаланс может быть уменьшен путем создания на участке входа природной воды в основание гидроотвала нагнетательной гидрозавесы из сточной воды, перехваченной на участке ее выхода из основания гидроотвала [4]. В таком гидроотвале требуются высокие затраты на выполнение нагнетательных скважин и на систему подачи к ним сточной воды.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности пойменного гидроотвала отходов предприятия в эксплуатации и экономии средств на его создание. Технический же результат заключается в наиболее полном предотвращении потока сточных вод из гидроотвала к реке (водоему), а также в выполнении рекой (водоемом) функции траншеи противодавления и в участии внутренней дрены гидроотвала в создании гидрозавесы, уменьшающей приток природной грунтовой воды в основание гидроотвала.

Согласно настоящему изобретению, предложен пойменный гидроотвал отходов предприятий, содержащий земляную емкость, образованную ограждающим сооружением, траншею, размещенную в основании гидроотвала между ограждающим сооружением и рекой, и защитную дамбу, размещенную между траншеей и рекой. Уровень гребня защитной дамбы расположен выше максимального расчетного уровня воды в реке, ее противофильтрационный элемент перекрывает в основании водопроницаемый слой и на глубине сопряжен с водоупором, а дно траншеи расположено ниже бытового уровня воды в реке, причем полость траншеи водоподающим устройством сообщена с системой оборотного водоснабжения предприятия. Гидроотвал снабжен дреной, которая размещена в отходах на расстоянии от основания и вдоль ограждающего со стороны реки сооружения и снабжена водоводами, расположенными вертикально и на расстоянии друг от друга, при этом верхний конец каждого водовода гидравлически сообщен с дреной, а нижний - с водопроницаемым слоем основания. Дрена выполнена в виде дренажной ленты, снабжена дренажной трубой, а в ее основании выполнен противофильтрационный слой.

Целесообразно уровень гребня защитной дамбы подбирать из соотношения

где V_a - объем аварийной земляной емкости, образованной защитной дамбой;

V_в - расчетный объем аварийного вытекания разжиженных отходов из гидроотвала в направлении реки.

Сущность технического решения заключается прежде всего в том, что противофильтрационный элемент защитной дамбы работает в безнапорных условиях, что обеспечивает практически полный перехват воды из гидроотвала. При этом функции траншеи противодавления выполняет река. Одновременно с таким качественным перехватом сточной воды, в случае наличия изначально в основании гидроотвала напорных природных грунтовых вод, посредством гидрозавесы предотвращают приток этих дебалансовых грунтовых природных вод в систему оборотного водоснабжения предприятия. При этом гидрозавеса создается посредством дрены, которая выполняется по особым правилам и которая продолжает выполнять свои обычные функции.

На фиг.1 показан план пойменного гидроотвала; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1, вариант.

Пример 1. Пойменный гидроотвал отходов предприятия (далее: гидроотвал) размещен в плане между низким берегом 1 реки 2 и ее высоким берегом 3. Гидроотвал включает земляную емкость 4, образованную ограждающим сооружением 5, траншею 6, размещенную в основании 7 между ограждающим сооружением 5 и рекой 2, и защитную дамбу 8, размещенную между траншеей 6 и рекой 2. Уровень 9 гребня защитной дамбы 8 (фиг.2) расположен выше максимального расчетного уровня 10 воды в реке 2, ее противофильтрационный элемент выполнен в виде диафрагмы 11, которая перекрывает в основании 7 водопроницаемый слой 12 крупнозернистого руслового аллювия и на глубине сопряжен с водоупором 13. Дно 14 траншеи 6 расположено ниже бытового (минимального расчетного) уровня 15 воды в реке 2, а полость траншеи 6 водоподающим устройством 16 через бассейн осветленной воды 17 сообщена с системой оборотного водоснабжения предприятия.

На склоне 18 высокого берега 3 выполнена нагорная канава 19 и сопрягающий участок диафрагмы 11 (на фиг.1 такой участок диафрагмы показан пунктиром).

Ограждающее сооружение 5 включает дамбу обвалования (первичную) 20, размещенную на слабопроницаемом слое 21 основания 7 и образует 1-й ярус грунтовой емкости 4, и вторичные дамбы (наращивания) 22 и 23, размещенные большей частью на пляжах намыва 24 и 25 отходов 26 и образующих соответственно 2-й и 3-й яруса грунтовой емкости 4.

Уровень 9 гребня защитной дамбы 8 подобран (проверен) из соотношения

где V_a - объем аварийной земляной емкости 27, образованной защитной дамбой 8;

V_в - расчетный объем аварийного вытекания разжиженных отходов из гидроотвала в направлении реки.

На фиг.1 обозначены и другие элементы гидроотвала, а именно:

28 - водосбросной колодец;

29 - коллектор осветленной воды;

30 - отстойный пруд;

31 - насосная осветленной воды;

32 - напорный водовод осветленной воды;

33 - уровень воды в траншее 6 (фиг.2 и 3).

Создание пойменного гидроотвала и его работа осуществляются следующим образом.

Возводятся дамба обвалования 20 и защитная дамба 8 с диафрагмой 11 в основании 7. Одновременно с этим и с использованием образующихся грунтовых материалов создаются не затопляемая со стороны реки 2 траншея 6 и нагорная канава 19, а диафрагма 11 сопрягается с высоким берегом 3. Осуществляется намыв отходов 26 в 1-й ярус гидроотвала. Намыв отходов 26 в каждый последующий ярус осуществляется после возведения соответствующей дамбы наращивания.

Сточные воды из гидроотвала по водопроницаемому слою 12 поступают в траншею 6, из которой водоподающим устройством 16 направляются в бассейн осветленной воды 17 или сразу в напорный водовод осветленной воды 32. Сточную воду из траншеи 6 подают с интенсивностью, обеспечивающей уровень воды 33 в траншее 6 равным уровню воды в реке 2 или близким к нему. Поэтому диафрагма 11 работает практически в безнапорных условиях, чем и предотвращает переток сточной воды из траншеи, а следовательно, и из золоотвала в реку 2. При этом сама река 2 по отношению к траншее 6 выполняет функции траншеи противодавления, создающей гидрозавесу, а уровень воды 33 в траншее 6 изменяется, как и уровень воды в реке 2, в пределах h.

В случае вытекания из гидроотвала в направлении реки разжиженных отходов в объеме V_в, которое может произойти в особом случае, например, при сильном землетрясении, разжиженные отходы аккумулируются в грунтовой емкости 27, образованной защитной дамбой 8 и имеющей объем V_а. Объем вытекания V_в определяется, например, из двухгодичного слоя намыва отходов [5]. После чего на гидроотвале производятся восстановительные работы.

Пример 2. Пойменный гидроотвал отличается от описанного в примере 1 тем, что траншея 6, защитная дамба 8 и противофильтрационный элемент объединены в одно сооружение. При этом противофильтрационный элемент выполнен в виде экрана 34, покрывающего откос траншеи 6 и продолженного до заданного уровня в теле защитной дамбы 8. Это позволяет уменьшить занимаемые площади, упростить работы, сэкономить средства и повысить ремонтопригодность противофильтрационного элемента.

Дополнительно гидроотвал снабжен дренажным слоем 35, который покрывает верховой откос дамбы обвалования 20 и часть слабопроницаемого слоя 21 и содержит дренажную трубу 36. Пляж намыва 25 перед вторичной дамбой 23 покрыт противофильтрационным слоем 37, на котором выполнена дренажная лента 38 с дренажной трубой 39, вдоль которой вертикально и на расстоянии друг от друга размещены водоводы 40. Верхний конец каждого водовода 40 гидравлически сообщен с дренажной трубой 39, а нижний конец перфорирован и введен в водопроницаемый слой 12 основания 7. При эксплуатации гидроотвала сточные воды из дренажной трубы 39 по водоводам 40 поступают под напором в основание 7 и создают в водопроницаемом слое 12 гидрозавесу, осуществляющую противодавление на природную грунтовую воду. Этим уменьшается приток в траншею 6 природной грунтовой воды с высокого берега 3, чем и предотвращается образование дебаланса в системе оборотного водоснабжения предприятия. Одновременно с этим противофильтрационный слой 37 предотвращает под собой водонасыщение отходов 26 (граница водонасыщения на фиг.3 показана пунктиром), чему способствует отвод воды из дренажного слоя 35. Поэтому при сейсмическом сотрясении не происходит разжижения зернистых отходов в примыкающих к дамбам 20 и 22 зонах.

Создание такого пойменного гидроотвала может быть осуществлено при реконструкции существующих золоотвалов, многие из которых размещены в водоохраной зоне реки в новых ее границах и, за неимением новых площадей, продолжают функционировать с намывом новых ярусов, например, Красноярская ГРЭС-2. Гидроотвал наиболее эффективен в пойме водоема, в котором уровень воды практически постоянный, например, у пруда-охладителя тепловой станции.

Источники

1. Рекомендации по проектированию золошлаков тепловых электрических станций. П 26-85/ВНИИГ. Ленинград. - 1986 г. С.8-17.

2. Филатов А.Л. и др. "Опыт возведения сооружений методом "стена в грунте". Киев. "Будивильник". - 1981 г. С.192, рис.71, г.

3. Кузовлев Г.М. "Гидротехнические сооружения атомной промышленности". "Атомиздат". - 1973. С.230, рис.68.

4. Авторское свидетельство СССР №715699, кл. Е 02 В 3/16, опуб.1980 г.

5. Патент РФ №2157869, кл. Е 02 В 7/06, опуб. 20.10.2000 г.