Експериментальне вивчення зневоднення донних відкладень міських водойм в умовах низьких

МІЖНАРОДНА НАУКОВО-ТЕХНІЧНА ІНТЕРНЕТ-КОНФЕРЕНЦІЯ


	УДК 502.37

Експериментальне вивчення зневоднення донних відкладень міських водойм в умовах низьких температур

Шабанова А.В.,доцент, Самарський державний архітектурно-будівельний університет

Запропоновано перспективний метод скорочення обсягу відходів днопоглиблення міських водойм (донних відкладень). Вивчено процес низькотемпературного зневоднення донних відкладень у геоконтейнерах. Визначено найважливіші технологічні параметри процесу (час, інтенсивність та ін.).

В умовах зростаючого техногенного навантаження з боку міста, водні об'єкти вимагають цілеспрямованої охорони та захисту як об'єкти природного комплексу міста, що сприяють формуванню сприятливої екологічної ситуації в місті. Щоб уникнути замулення водні об'єкти (особливо ставки) необхідно періодично очищати від донних відкладень. Донні відкладення утворюються у значних кількостях (порядку 0,6 м 3 /м 2 ), містять великогабаритні включення типу будівельного сміття, характеризується високою вологістю, а також забруднений численними токсикантами, насамперед важкими металами. Попадання такого відходу в довкілля пов'язане з численними екологічними ризиками, тому його знешкодження є важливим завданням. Перед утилізацією (похованням) відхід розчищення дна водних об'єктів необхідно обезводнювати з метою скорочення його обсягу. Перспективним напрямом зневоднення відходів є їх виморожування у геосинтетичних контейнерах. Областізастосування цих способів, фільтрування та виморожування, залишаються невизначеними, не розроблено підходи до вибору технологій зневоднення залежно від обсягів відходу та виникаючих при його утилізації екологічних ризиків.

Метою роботи було вивчення можливості зневоднення донних відкладень методом сублімаційного сушіння з використанням геосинтетичних матеріалів.

До завдань роботи належать

визначення необхідного часу зневоднення до сухого стану в умовах характерного для області Самарської температурно-влажностного режиму;
визначення інтенсивності видалення вологи (кг/(м 2 сут)).

Зневоднення проводилося протягом 70 діб (зима 2009/10 року) у природних умовах. Денна температура повітря період експерименту змінювалася від 0 до -28 o З, середня становила -10 o З. Залежність маси від часу і температури представлена малюнку 1.

Рис.1 -Зміна маси зразка в процесі сушіння сублімації в залежності від температури повітря T і часу t

Нами було визначено зразковий склад донних відкладень (зразок із ставка №1):

Рослинні залишки, що не розклалися, розміром 1-7 см - 13,5% (мас.);
Тверда фракція, що відокремлюється на ситі з розміром осередків 0,5 см – 5,6%;
Рідка фракція, що містить не відокремлені раніше органічні та мінеральні частинки – 80,9%.

Проба не піддавалася попередньої обробки з метою отримання максимально близької до реальності картини (наявність великих включень, черепашок тощо).

Про перебіг процесу зневоднення судили щодо зміни маси моделі геоконтейнера (точністьзважування 0,2 г). Про динаміку процесу дозволяє судити графік 2.

Рис.2 -Зміна маси зразка в часі

На кривій чітко виділяються три ділянки - різке зменшення маси протягом перших 15 діб, близька до лінійної дільниці (15-40 діб) і практично стала маса зразка після 40 діб експерименту. Перша ділянка відноситься до зовнішньодифузійної області. Після цього (ділянка 2) швидкість випаровування різко знижується (внутрішня дифузійна область). Після 40 діб процес може розглядатися як рівноважний.

Після розкриття моделі геонтейнера було отримано 6,8 г висушених донних відкладень (10% початкової маси зразка). Вони є сірою сипучою масою. Згідно з отриманими результатами, донні відкладення набувають необхідних технологічних властивостей (стають транспортабельними) після 40-50 днів сушіння. Імовірно стільки і має становити один цикл сушіння в реальних умовах.

Зневоднення донних відкладень у геоконтейнерах в умовах низьких температур може відбуватися за рахунок двох процесів – власне сушіння та фільтрації. Нами оцінили роль (співвідношення) цих двох процесів, оскільки фільтрація в умовах рекреаційного об'єкта є небажаним явищем, що веде до забруднення навколишнього середовища фільтратом. Втрати вологи за рахунок фільтрації спостерігалися протягом перших хвилин експерименту і склали, за нашими оцінками, не більше 1 г (близько 1,5% від маси зразка). Це пояснюється високою гідрофобністю матеріалу та швидким утворенням кірки льоду (у перший день досвіду температура становила -26 o С). Отже, проведення процесу зневоднення в умовах низьких температур дозволяє уникнути попадання у водніоб'єкти фільтрату.

Для розробки технології сублімаційного зневоднення донних відкладень, визначення геометричних параметрів геоконтейнерів нами було визначено інтенсивність випаровування. Вона становила 0,11 кг/(м 2 сут), отже, вважаючи один цикл сушіння рівним 50 дням, з квадратного метра поверхні геоконтейнера може бути видалено до 5,5 кг вологи.

З отриманих даних можна зробити такі выводы:

Вивчено процес зневоднення донних відкладень у геоконтенерах із використанням низьких температур. Показано, що матеріал Stabilenka 200 забезпечує зневоднення тільки за рахунок випаровування (сублімаційне сушіння), утворення фільтрату можливе лише на першій стадії процесу та незначно (близько 1,5% від маси завантаження). Отже, розроблена на цій основі технологія дозволить уникнути забруднення навколишнього середовища фільтратом, що є особливо важливим для рекреаційних об'єктів.
Дослідження динаміки процесу зневоднення дозволило виділити три області, що відрізняються механізмом видалення вологи та швидкістю.
Маса донних відкладень стабілізується після 40-50 днів зневоднення за середньої температури повітря -10 С. Це дозволяє рекомендувати тривалість циклу зневоднення.
Було визначено інтенсивність випаровування, вона становила 0,11 кг/(м 2 сут).
Отриманий в результаті зневоднення осад є твердим відходом і може бути утилізований за декількома напрямками (похований на полігоні, внесений як добрива при виконанні робіт з озеленення на рекреаційному об'єкті).