15.2. Золоотвалы, хвостохранилища и другие накопители

Золоотвалы предназначены для складирования золошлакового материала — смеси негорючих веществ, оставшихся после полного сгорания топлива,— шлака и золы. Шлак — это частицы круп­ностью больше 0,25 мм, которые скапливаются в шлакосборниках; зола — это частицы мельче 0,25 мм, которые выносятся дымовыми газами из топки и улавливаются золоуловителями. Здесь будут рассмотрены золоотвалы для складирования золошлакового мате­риала, удаляемого со станции гидравлическим транспортом.

Различают совместную систему гидрозолоудаления, когда осу­ществляется смешение золовой и шлаковой пульпы, которая транспортируется по общему трубопроводу и поступает в один отвал, и раздельную, когда зола и шлак транспортируются по раз­ным трубопроводам и складируются в разных отвалах.

Система водоснабжения гидрозолоудаления может быть обо­ротной, когда отводимая из отстойного пруда осветленная вода возвращается на станцию и повторно используется, и прямоточной, когда осветленная вода сбрасывается в водоем.

По конструкции золоотвалы делят на дренированные (тип I), с поярусным обвалованием дамбами наращивания из золошлако­вого материала (тип II) или грунта (тип III) и с ограждающими грунтовыми дамбами, возводимыми на проектную высоту (тип IV).

Золоотвалы типа I строят с дренированным основанием по всей площади (рис. 15.2, а). На таком золоотвале водная состав­ляющая пульпы фильтруется через намытые на подводном откосе отложения и поступает в дренажную систему основания, откуда после дочистки подается в оборотную систему водоснабжения предприятия или сбрасывается в реку (или водоем). При этом отпадает надобность в дамбах наращивания и водосбросных со­оружениях. Золоотвалы типов II и III (рис. 15.1, б, в) проектируют с дренированным основанием в пределах надводного откоса на­мытого материала и мест скопления водной составляющей пульпы (прудов инфильтрации)*. Водосбросные сооружения для этих ти­пов золоотвала предусматриваются только как резервные. Суще­ствуют комбинированные золоотвалы с дренированным основа­нием боковой зоны и прудом-отстойником, который или находится с золоотвалом в одной емкости, или отделяется от него дамбой. В этом случае водосбросные сооружения устраивают в зоне отстой-

* Пруд инфильтрации — водоем в пределах золоотвала, через дно которого вода просачивается в толщу намытого материала.

424

пого пруда, дамбы обвалования не возводят, так как устойчи­вость намытого материала обеспечивается раздельным намывом шлака и мелкого золошлакового материала. Золоотвалы с ограж­дающими дамбами оборудуют сбросными и дренажными устрой­ствами. Дамбы в этом случае проектируют и рассчитывают как напорные сооружения из грунтовых материалов (см. гл. 10).

Рис. 15.2. Типы конструкций золоотвалов:

а — дренированный золоотвал, 6 — золсотвал с поярусным обваловани­ем из складируемого материала; в — золоотвал с поярусным обвало­ванием из грунта, г — золоотвал с ограждающей дамбой из грунта; / . . 5 — ярусы намыва; 6 — эстакада; 7 — пульпопровод; 8 — первич­ная дамба; 9 — дренаж; 10 — дамбы наращивания из складируемого материала, // — проектный профиль; 12 — дамбы наращивания из грунта, 13 — ограждающая дамба из грунта

Золоотвалы I, II и III типов являются намывными, золоотвал IV типа — наливным.

Площади золоотвалов колеблются в пределах от 2 до 10 км². Средняя высота золоотвалов составляет 25 м. Интенсивность на­мыва или рост отложений по высоте золоотвалов в среднем со­ставляет 1 см в сутки. Заполнение золоотвалов рассчитано на

425

многие годы Золоотвалы эксплуатируют круглогодично летом пульпа намывается по периметру (в боковую зону), а зимой на­мыв производится под лед в центральную (ядерную) зону Гре­бень ограждающих дамб, которые возводятся сразу до проектной отметки, должен быть выше уровня воды в отстойном пруде в за висимости от класса сооружений на 0,7 2,0 м

Необходимый объем золоотвала V_af (м³/год) для заполнения в течение каждого года эксплуатации станции

(15.1)

где A_ast — годовой выход золошлакового материала, кг/год, Tjf = = 0,75 0,9 — коэффициент заполнения золоотвала, зависящий от его емкости, p_sfl — плотность скелета золошлакового материала, кг/м³

Хвостохранилища предназначены для складирования отходов металлургических заводов, образующихся при обогащении руд При мокром процессе обогащения отходы поступают в хвостохра нилище в виде пульпы с концентрацией 1 15 1 30 По конструк тивным решениям они принципиально не отличаются от золоотва-лов и в зависимости от рельефа местности могут быть любого типа (см рис 15 1)

По способу складирования хвостохранилища относят к намыв­ным сооружениям (рис 153) Для возведения дамб наращивания

Рис 153 Схема хвостохранилища

/ — водосбросной колодец 2 — отстойный пруд 3 — пляж намыва 4 — горизонтальная дрена, 5 — вторичные дамбы 6 — дренаж 7 — первичная дамба обвалования 8 — экран,

9 — коллектор

(вторичного обвалования) используют твердые фракции хвостов Эти дамбы строятся после заполнения начальной емкости хвосто­хранилища, образованной первичными дамбами обвалования, вы полненными из местного грунта и вскрышной породы

Существует две схемы подачи пульпы в накопитель По перво] схеме пульпопровод располагают на дамбах и хвосты укладываю^ от дамбы к берегу при косогорном и овражном типах накопите­лей При этом крупные фракции хвостов осаждаются вблизи вы-

426

пусков пульпы, образуя по периферии накопителя пляж Впослед­ствии из этого материала строят вторичные дамбы обвалования Устойчивость их повышается за счет крупности материала Мел­кие фракции сносятся в отстойный пруд, где создаются хорошие условия для осветления воды По второй схеме при равнинном или пойменном типах накопителей пульпопроводы прокладывают по всему периметру накопителя с образованием пруда отстойника в его центральной части (рис 154) При этом у дамб образуется зона отложения легких фракций, которые экранируют ложе нако-

Рис 154 Схема намывного накопителя (хвостохрани лища)

а — косогорный тип б — овражный тип в — равнинный (или

пойменный) тип I — пульпопровод 2 — выпуски 3 водо

сбросной колодец 4 — коллектор осветленной воды, 5 — отстой

ный пруд 6 — водоотводящий канал

427

пителя, что способствует уменьшению фильтрационных утечек воды. Поскольку в жидкой фазе хвостов могут быть токсичные вещества, снижение фильтрации в этом случае надо рассматривать как преимущество второй схемы. Однако процесс возведения вторичных дамб усложняется, их устойчивость за счет использова­ния мелких фракций хвостов понижается. Поэтому вторую схему используют только в том случае, если она дает существенный эко­номический эффект.

Площадь хвостохранилищ составляет сотни гектаров, высота после заполнения достигает десятков и даже сотен метров. В хвостохранилищах складируют сотни миллионов тонн ма­териалов.

Хвостохранилища в зависимости от необходимой степени на­дежности работы, объема или количества складируемых хвостов и высоты ограждающих дамб разделяют на пять классов (табл. 15.1).

Таблица 15.1. Классы хвостохранилищ

			X
	га"		1 2	Степень ответственности
	к	-	и	и последствия разрушения
о о	gg|"s	И"Н	н ^ . ° с. Р	сооружений
*	О и х s	СО х'н'	шёЗв
I	100	10000	50	Особо ответственные, авария которых
				приводит к катастрофическим последст-
				виям для населенных пунктов и пред-
				приятий, а также к отравлению, загряз-
				нению водоемов и водотоков питьевого
				назначения
II	100	10000	50	Особо ответственные, авария которых
				не сопряжена с катастрофическими по-
				следствиями для населенных пунктов и
				предприятий, но вызывает затопление
				сельскохозяйственных угодий, отравле-
				ние и загрязнение водоемов и водотоков,
				имеющих народнохозяйственное значение
III	10.. .100	10 000.. .5000	20.. .50	Малоответственные, авария которых
				не может вызвать серьезных последствий
				для населенных пунктов и предприятий
				и вызывает затопление местности, не
				имеющей народнохозяйственного значе-
				ния
IV	10	5000. ..1000	20	Сооружения в незастроенной местно-
				сти, авария которых вызывает затопле-
				ние и загрязнение водоемов, не пригод-
				ных к использованию в данное время
V	10	1000	10	Временные сооружения, авария кото-
				рых вызывает затопление земель и за-
				грязнение водоемов, не пригодных к ис-
				пользованию в данное время

428

Хвостохранилища могут развиваться как по высоте, так и по площади в зависимости от технико-экономических показателей того или иного варианта увеличения объема хвостохранилища.

В поперечном сечении золоотвалов и хвостохранилищ выделя­ют две характерные зоны: боковую, где откладываются наиболее крупные фракции материала, и центральную (ядерную) в преде­лах пруда-отстойника, где откладываются мелкие фракции. Гра­ницы этих зон в поперечном сечении определяют при проектирова­нии данных сооружений.

Для определения объема накопителя необходимо найти его плановые размеры и уклоны поверхности намытых отходов.

Средний уклон i_m поверхности выше уровня воды в первом при­ближении может быть вычислен по формуле

(15.2)

где С — масса твердой фазы пульпы на выпуске из пульпопровода в долях единицы.

Для золошлакового материала по замерам на конкретных объектах i_m = 0,002.. .0,009.

В действительности профиль отложений «ак выше, так и ниже уровня воды в отстойном пруде имеет вогнутое очертание, выпо-лаживаясь от бровки к урезу в надводной части и от уреза к центру пруда. На урезе уклон скачком возрастает и профиль полу­чает перелом. Зная i_m и расстояние от бровки наружного откоса до уреза L₀ и пользуясь рекомендациями [9], можно построить профиль поверхности отложений. Расстояние L₀ (м) определяют по формуле

(15.3)

где 2<7/ — суммарное содержание фракций крупнее d_pac=0,05 мм в составе исходного золошлакового материала; L — расстояние от бровки наружного откоса до оси накопителя:

(15.4)

где L_ci — длина пути осветления, которая должна быть не менее половины ширины отстойного пруда.

Величину Ld вычисляют по рекомендациям [9] в зависимости от глубины пруда, скорости втекания пульпы в пруд, заданного эф­фекта осветления, который в свою очередь определяется макси­мально возможной концентрацией взвеси в осветленной воде.

Глубина воды у водозаборных устройств d_w должна быть

(15.5)

где hi — толщина ледового покрова.

Для складирования твердых отходов обогатительных фабрик угольной промышленности, предприятий цветной металлургии, ма-

429

шиностроительных заводов создают шламохранилища с примене­нием насыпных дамб из глинистых грунтов (значительно реже из складируемого материала). Отходы подают в виде пульпы, и за­мыв шламохранилища производится по тем же схемам, что и хво-стохранилища.

В состав жидкой фазы пульпы могут входить токсичные веще­ства: серная кислота, цианиды, шестивалентный хром, свинец и др. Это требует повышенной противофильтрационной защиты, чтобы токсичные загрязнители не попали в окружающую среду.

Шламохранилища строят в виде ряда секций (не меньше двух) для надежности работы сооружения и возможности сезонного ре­гулирования накопления шлама. Шламохранилища могут по объе­му достигать десятков миллионов кубических метров при глубине до 50 м.

Накопители производственных сточных вод строят путем ограждения определенной территории водонепроницаемыми дам­бами. В состав сооружений входят площадка, огражденная дам­бами, система подачи и распределения сбросной воды по сооруже­нию, дренажная система для сбора осветленной воды, выпуски и водосбросы и циркуляционная насосная станция в случае исполь­зования оборотного водоснабжения.

Эти накопители обычно требуют герметизации сооружения во избежание фильтрации в почву содержащихся в сточных водах токсичных веществ или химикатов. Поэтому на дне и откосах на­копителей или в теле дамб в зависимости от предъявляемых тре­бований к хранению отходов устраивают обычные или усиленные противофильтрационные преграды.

Нефтенакопители применяют в системах промышленного водо­снабжения для очистки воды от нефтепродуктов. В них собирается слой нефти и нефтепродуктов, которые отводятся в специальные емкости, а осветленная вода подается в систему оборотного водо­снабжения промышленного предприятия.

Ливненакопители используют для сбора дождевых вод с тер­ритории промышленных площадок химических комбинатов и не­которых других промышленных производств. Сбор ливневых сто­ков диктуется необходимостью охраны окружающей среды от воздействия токсичных или сильно загрязненных дождевых вод. Твердые частицы, смываемые дождем с территории, задерживают­ся в ливненакопителе и затем перемещаются на песковые пло­щадки; загрязненные токсичными веществами поверхностные во­ды собираются и направляются на специальные очистные соору­жения.

Отстойные бассейны применяют в системах водоснабжения и канализации, для осветления воды и выполняют в виде земляных или железобетонных емкостей*.

* Подробно эти сооружения рассмотрены в курсах «Водоснабжение» и «Ка­нализация».

430