С.В.Ермолаев, главный инженер ООО "Адмир Евразия, 2012 г. 

Обезвоживание водных суспензий – илов, шламов, осадков – является этапом многих процессов: расчистки водоемов и шламонакопителей, переработки  сырья и отходов.

Обезвоживание возможно осуществлять экстен­сивными и интенсивными методами. К первым относятся процессы есте­ственного уплотнения и сушки, ко вторым – аппаратурные методы обе­звоживания: на центрифугах, камер­ных и ленточных фильтрах-прессах.

Каждый из этих методов имеет ряд преимуществ и недостатков. Естественная сушка с одной стороны, это про­стота обслуживания, низкие энерго­ёмкость и трудоёмкость, с другой - отчужде­ние площадей, выбросы в атмосферу, сбросы в виде утечек и просачиваний в грунт, зависимость от климатических факторов.

Механическое обезвоживание решает эти проблемы, но является достаточно дорогостоящим и сложным в эксплуатации процессом.  Необходима

1. цеховая инфраструктура;
2. квалифицирован­ный персонал;
3. контроль за отсутствием крупных включений в подаваемой пульпе и качеством реагентной обработки шлама.

    Эти факторы являются причиной появления и востребованности в мире еще одного метода обезвоживания – применение геосинтетических контейнеров  - Geotube. Данная технология была разработана голландской компанией TenCate Geosynthetics в 80-ых годах.  Изначально технология была ориен­тирована на строительство гидротехниче­ских сооружений из крупных контейнеров, заполненных песком -  дамб и за­щитных заграждений. Затем технологию начали применять для обезвоживания обводненных отходов и сырья. В России с этой технологией работает компания «Адмир Евразия», которая переняла опыт работы у своей зарубежной материнской компании. 

Geotube® – технология гравитационного обезвоживания разнообразных по происхождению суспензий (пульпа, шлам, осадок, ил) в контейнерах Geotube®, которые изготовлены из тканого геотекстильного материала. Контейнеры обладают высокой прочностью, уникальными фильтрационными характеристиками и удерживающей способностью. В одном контейнере может быть получено до 1500 м³ обезвоженного материала.

В контейнер геотуб закачивается пульпа. Затем необходимо подождать пока выйдет свободная вода. И подкачать контейнер столько раз, сколько необходимо для   заполнения вмещающего объема контейнера. После заполнения контейнеры оставляются в покое для консолидации – период времени, необходимый для схода тонкокапиллярной влаги. В результате вылеживания закаченный шлам обезвоживается до  рассыпчатой консистенции.

Контейнеры бывают разных размеров: шириной 5, 7, 9 и 14 м. Длиной от 5 до 100м. Объемом от 25 м куб до 1500 м куб. Размер контейнера определяется для каждого проекта и зависит от объемов работы, сроков, формы площадки. Контейнер для подачи в него шламовой пульпы имеет в верхнем створе входные клапаны в виде тканого рукава.

При заполнении контейнера Geotube^® при таком давлении пульпой частицы шлама откладываются на внутренней поверхности геотуба, формируя наносной фильтрующий слой, что обеспечивает высокую эффективность задержания твердой фазы (99% – 99,8%). Чистый фильтрат сходит по всей поверхности потоками. Что характерно, при диаметре пор геотекстиля 0,375 мм, в геотубе удерживаются частицы размером менее 0,1 мм. Другое важное свойство фильтрующего контейнера Geotube^® это отсутствие кольматации пор – недостаток, характерный для многих фильтрующих тканей и процессов фильтрации.

Контейнер Geotube^® можно заполнять, как самотеком под гидростатическим напором 4±1 м вод. ст., так и в напорном режиме. Внутреннее давление контролируется по допустимой высоте подъема свода, которая составляет от 1,8 м  до 2,4 м в зависимости от размере контейнера. При достижении номинальной высоты подача пульпы на геотуб приостанавливается, а поток переключается на соседние контейнеры.

Следует отметить, что, как и во всех известных процессах обезвоживания тонкодисперсных шламов, для улучшения процесса водоотдачи пульпу обрабатывают кондиционирующим реагентом – флокулянтом. Отличительной особенностью технологии Geotube® является то, что расход флокулянта на 15% – 30% ниже, чем при обезвоживании на аппаратах, а нарушение дозировки флокулянта не оказывает существенного влияния на качество процесса обезвоживания. 

По результатам заполнения геотуба за 3 – 7 операций с периодами ожидания или в непрерывном режиме подачи, в нем формируется пастообразное шламовое тело. Далее геотуб переводится в режим ожидания, во время которого полностью сходит свободная вода и закаченный шлам обезвоживается до твердого (транспортабельного) состояния.

Шлам, находящийся в контейнере, защищен от негативного воздействия окружающей среды – он не обводняется атмосферными осадками и не разносится ветром.

После завершения процесса обезвоживания контейнере Geotube^® разрезается, а полученный материал вывозится или используется для планировки прилегающей территории. Или же контейнер не разрезается и остается на месте проведения работ.

Технология обезвоживания Geotube® предназначена для решения следующих производственных, природоохранных и инженерных задач:

1. Обезвоживание донных отложений при расчистке водоемов;
2. Дноуглубительные работы, поддержание и формирование береговой полосы рек, строительство укрепляющих берм и волнорезов;
3. Расчистка шламонакопителей промышленных предприятий;
4. Формирование противоэрозийной и противопаводковой защиты различных сооружений.

                Технология  Geotube® имеет ряд бесспорных достоинств:

1. Резкое сокращение площадей промышленной площадки по  сравнению с использованием карт налива.  А также возможность многослойной укладки контейнеров Geotube® в высоконагружаемую залежь позволяет минимизировать затраты на дренажную площадку и разместить высокопроизводительный технологический комплекс в стесненных условиях;
2. Промплощадка для производства работ быстро возводится и ликвидируется;
3. Производительность обезвоживающего комплекса всегда будет соответствовать той производительности средств гидромеханизации;
4. Невосприимчивость процесса к абразивному износу и размеру включений  - мусора - в подаваемой пульпе;
5. Возможность обезвоживания по месту последующего захоронения с формированием залежи из обезвоженного материала, устойчивой к ветровой и водной эрозии;
6. Строительство гидротехнических сооружений хвостового хозяйства ГОКов из крупномерных конструкций, выполненных из контейнеров Geotube®, заполненных подручным шламом.

Хотелось бы отметить, что процесс обезвоживания водных суспензий в контейнерах Geotube^® эффективно используется в странах ЕЭС и США более 20 лет. Начиная с 2009 г. технология Geotube^® прошла промышленные испытания в России на объектах угольной, нефтедобывающей и горнодобывающей промышленности. В настоящее время геотубы вошли в отечественные природоохранные проекты по очистке водных объектов и предотвращению их заиливания промышленными сбросами посредством своевременной санации шламохранилищ. А в 2011 году был реализован первый крупномасштабный проект, по своим объемам соответствующий крупнейшим реализованным объектам с применением технологии Geotube^® в мире. Это проект расчистки озера Комсомольское в городе Нижневартовск Ханты-мансийского автономного округа на котором хотелось бы остановиться поподробнее.

Озеро Комсомольское находится в черте города Нижневартовска  и является излюбленным местом отдыха горожан. Оно вытянуто с юго-востока на северо-запад на 750 м. В ширину достигает 500 м, площадь акватории – около 30 га. Водоем непроточный, его питание происходит за счет атмосферных осадков и поверхностного стока с прилегающей территории. Накапливающиеся в водоеме опавших листьев и продукты жизнедеятельности живых организмов, а также техногенные вещества оседающие на дно водоема, загрязняя донные отложения в совокупности привели к его обмелению, увеличению в нем массы донных отложений и мусора, замедлению процессов самоочищения. Нарушение функционирования экосистемы водоема привело к  цветению воды и понижению прозрачности, образованию неприятных запахов, обеднению экосистемы. Экологическое состояние водного объекта стремительно ухудшалось.

Для улучшения экологической обстановки на озере в 2007 г. было решено произвести его расчистку и дноуглубление. Выбранная технологии расчистки озера должна была отвечать нескольким требованиям: все работы должны быть проведены в сжатые сроки, не оказывать негативного влияния на окружающую среду и не нарушать привычный образ отдыха горожан.

Однако предложенные в проекте 2007 г. традиционные способы по расчистке дна озера с применением карт налива оказались неприемлемыми по причине нарушения ряда экологических и санитарных норм и реализация проекта  привела бы к образованию в черте города огромного открытого полигона размещения загрязненных донных отложений. По мере уплотнения изъятый со дна водоема ил в текучем состоянии предлагалось вывозить на городскую свалку твердых бытовых отходов. При этом не было учтено, что подобный объем ила сразу бы исчерпал всю остаточную емкость городского полигона ТБО, а чтобы вывезти из центра города ил, потребовалось бы круглосуточное использование грузового автотранспорта.

                В результате рассмотрения возможных вариантов очистки водоема выбор был сделан в пользу технологии обезвоживания донных отложений с помощью геотекстильных контейнеров Geotube®.

                Работы включали в себя несколько этапов. В рамках первого этапа была подготовлена производственная площадка для размещения фильтровальных контейнеров. Работы усложнялись тем, что выделенная для размещения технологического комплекса территория представляла собой болото, относящееся к болотам первой и второй категории не позволяющая разместить контейнеры по причине очень слабого несущего основания. Данная проблема была решена путем устройства дренажного кольцевого контура по периметру промплощадки. Были разработаны траншей с последующим заполнением их минеральным грунтом и произведена укладка перфорированного трубопровода. Помимо устройства кольцевого дренажа для увеличения несущей способности основания по площади площадки были уложен тканый геотекстиль. Подготовленный таким образом дренажный контур выполнял две важные функции –дренаж и централизованный водоотвод исходящего фильтрата в процессе обезвоживания ила и поступающих атмосферных осадков, а также функцию ограничения подвижек слабого несущего основания в результате давления от контейнеров  Geotube®.

                Вторым этапом была укладка контейнеров первого слоя, монтаж магистрального и раздаточных  трубопроводов по которым проводилась подача пульпы от земснаряда до контейнеров.

                Для разработки донных отложений использовался земснаряд марки Mud Cat 727 производства американской компании LWT, США. Данный земснаряд оборудован шнековым рыхлителем. Имеет производительность до 400 м³ и способен перекачивать пульпу на расстояние до 1500 м, что обеспечило высокую скорость проведения работ, равномерную зачистку дна водоема  и минимальную взмучиваемость ила при производстве работ. 

                Однако наличие в составе донных отложений мелкодисперстной иловой фракции не склонной к быстрой отдаче свободной воды потребовало перед подачей ила на обезвоживание в контейнеры Geotube®, производство обработки реагентами, улучшающими процесс водоотдачи. В результате, илы быстро отдавали свободную воду, а выходящий из контейнеров фильтрат, соответствовал экологическим стандартам и без дополнительной доочистки направлялся в водоем. При выполнении данного проекта содержание взвешенных веществ в фильтрате составляло менее 15 мг/л, т.е. было меньше, чем содержание взвешенных частиц в водоеме.

                Когда контейнеры первого слоя были заполнены, на них были уложены контейнеры второго слоя, что позволило почти на 80% сократить территорию для размещения контейнеров – данное условие было критично в условиях плотной городской застройки. Общая площадь подготовленной производственной площадки составила менее 3 га. В ходе реализации проекта было использовано 150 контейнеров Geotube® различного типоразмера.

                После прохождения цикла зимнего промораживания и оттаивания донных отложений контейнеры второго слоя будут вскрыты, а их содержимое перемешано с минеральным грунтом и использовано для перекрытия контейнеров первого слоя после чего на рекультивируемой территории будут высажены кустарники и деревья.  Данные мероприятия будут являться третьим заключительным этапом производства работ по очистке оз. Комсомольское.

                Технология Geotube® позволила обезводить донные отложения практически на месте их залегания без транспортировки и строительства специальных сооружений с цеховой инфраструктуры механического обезвоживания, а топкое болото превратится в дополнительную прогулочную зону для горожан.

                В заключении хотелось бы сказать, применение технологии  Geotube® при расчистке озера Комсомольское в г. Нижневартовск позволило провести работы в кротчайшие сроки, без нарушения хрупкого экологического баланса  озера, сохранив внешний вид городской достопримечательности. Этот уникальный проект объединил в себе лучший мировой опыт и способность российских специалистов адаптировать его с учетом российских реалий. Проект доказал, что инновационные технологии могут с успехом применяться в России для решения важнейших экологических задач, а технология Geotube® может быть успешно применена для решения природоохранных задач в самых различных отраслях.