CC BY
253
Э.В. Горбачев
СПОСОБЫ ДОБЫЧИ ОЗЕРНОГО САПРОПЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕЗСЕГРЕГАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ СКЛАДИРОВАНИЯ
Сапропель, или озерный ил - вещество преимущественно биогенного происхождения, образуется в воде на дне пресноводных водоемов, из остатков растений, листьев, насекомых и простейших животных организмов, которые быстро размножаясь накапливаются в огромных количествах, отмирают и откладываются в виде ила, слоем мощностью 0,5 до Юм. На Урале средняя мощность залежи составляет 2-3 м. Тут же осаждаются частицы почвенного перегноя, поступающие с полей в водоем. Этот осадок под действием бактерий и ферментов при малом доступе кислорода подвергается медленному и неполному разложению. Сапропель Юж. Урала в сухом состоянии содержит от 30 до 92 % органического вещества. Органическая часть сапропеля содержит азотосодержащие, биологически активные вещества (гуминовые кислоты, витамины, биостимуляторы, антибиотики) и углеводы.
Области использования приведены в табл. 1.
В настоящее время запасы сапропеля в Челябинской области составляют 1 млрд м, которые целесообразно использовать в сельском хозяйстве.
В зависимости от возраста и глубины залегания сапропель имеет коллоидную структуру различной консистенции. Верхние слои имеют вид жидкого студня, более глубокие, уплотненные, консистенцию пластилина. Наиболее интенсивно сложные гидробиологические, микробиологические, физико-механические процессы разложения протекают в верхнем слое, так как имеют доступ кислорода. В нижних и глубоких слоях, данные процессы прекращаются.
В состав сапропеля входят все необходимые вещества для питания растений. Удобрительная ценность, в наличии микроэлементов (Мп, ^, Со, В, Мо, 2п, Вг, I) в сапропеле, необходимых для развития и роста растений. Сапропель улучшает водно-физические и технологические свойства почв.
Область использования Виды продуктов или изделий
Сельское хозяйство, земледелие Сапропелевые удобрения: - компосты на основе сапропеля; - известковые материалы; удобрительные смеси; аммонизированный сапропель; сапропель для выращивания клубеньковых бактерий; сапропель для опудривания минеральных удобрений; - кондиционирующие добавки.
Животноводство, птицеводство, рыборазведение, ветеринария Сапропелевые кормовые добавки: комбикорма; средства профилактического лечения животных.
Промышленность Формовочные и стержневые смеси ( в литейном производстве); Порообразующие добавки ( получение фильтрационных труб, пористо щелевых керамических камней, производство агл спорта); Лицевой кирпич; Сапропелевое связующее (сапропелевый клей) в производстве ДВП.
Г еология Производство буровых и томпонажных растворов
Кормовой сапропель представляет собой уникальный органоминеральный комплекс, богатый микро- и макроэлементами, витаминами, гуминовыми кислотами, протеином, гормоноферментоподобными соединениями.
В составе 50 г сапропеля, вводимого в соответствии с нормой в 1 кг комбикорма, содержатся: сырой протеин - 3,2 г, кальций -10 г, фосфор -0,2, магний - 0,26 г, цинк - 2,62 мг, марганец - 37,4, медь - 0,67, кобальт -0,45 мг, витамины: Д - 15 мг, В1 - 2,4, B2 - 6,7, В3 - 25, В4 -2,5, РР - 30 мг, В12— 50 мкг.
Ввод сапропеля в комбикорма позволит значительно повысить их эффективность, снизить ввоз зерна, исключить ввоз в Россию дорогостоящих импортных добавок.
Научные опыты и производственные испытания, проведенные институтами СибНИПТИЖ, ВИЖ, ВНИИФБиП и РАСХН в хозяйствах Российской Федерации, позволили сделать следующий вывод: использование для животных и птицы корма, в которой введены сапропель в количестве до 5 % или белково-минеральная кормовая добавка, где наполнителем является сапропель, в количестве 10 %, дает хорошую эффективность - снижаются расход зерна на производство ком-
бикормов на 3 %, их себестоимость до 10 %, расход кормов на единицу продукции на 12 %, повышаются продуктивность животных и птицы на 15 %, яйценоскость птицы на 9 %, сохранность поголовья на 18 %, улучшаются воспроизводительные функции животных и птицы.
Научно-технологическое предприятие «Уралгидромехпроект» разработало технологию производства кормового сапропеля и белково-витаминно-минеральных кормовых добавок на озере «Ет-куль» Еткульского района.
Новая продукция будет выпускаться в порошкообразном или гранулированном (размер гранул 2-4 мм) виде влажностью 12 %. Ее можно использовать в производстве комбикормов, а также непосредственно в хозяйствах при кормлении всех видов животных и птицы.
Применение новых обогатительных добавок с сапропелем в виде наполнителя (40-50 %) позволит полностью балансировать корма по питательным веществам, витаминам, микро- и макроэлементам, аминокислотам.
Нормативно-техническая документация на эти кормовые добавки разработана институтами РАСХН, апробирована институтами ВГНКИ, СибНИПТИЖ, ВИЖ, ВНИИФБиП непосредственно в хозяйствах России, согласована с Институтом питания им. Карпова, АМН РФ, Ветфармсоветом РФ, ФКК «Росхлебопродукт» и утверждена Минсельхозпродом Российской Федерации.
При современном подходе освоения сапропелевых месторождений необходимо руководствоваться тремя основными положениями:
«... - экологической допустимостью принимаемого решения;
- технической возможностью его осуществления;
- экономической целесообразностью принимаемых решений» (В.Б. Добрецов, профессор, Доктор технических наук (СПГГИ) 1995 г.).
Выполнение первого требования особенно важно, поскольку освоение озерных месторождений находится в начальной стадии и до осуществления их массовой эксплуатации необходимо достаточно корректно определиться по вопросам, как техники, так и технологии добычи и переработки сапропелевых илов.
Следовательно, необходим анализ применяемых способов добычи и технологии складирования добываемого сырья.
Современный этап развития экономики Урало-Сибирского региона характеризуется ощутимым подъемом финансовых ресурсов. Это обстоятельство доказывает необходимость развития сапропелевой индустрии в этом регионе. В настоящее время в Челябинской области применяются две технологии добычи озерных отложений:
- гидромеханизированная (земснарядом) с гидротранспортированием сапропеля в виде пульпы в усреднительные емкости, из которых усредненный по химическому составу сапропель подается в цех на переработку и в чеки для обезвоживания;
- плавучая грейферная установка с транспортированием сапропеля естественной влажности в барже, из которой фекальным насосом подается в усреднительную установку, а затем автомашинами вывозится до потребителя (3). Такая установка эксплуатируется на озере «Горьком» Курганской области с 1972 года, ей добыто 1200 тыс. м3. лечебного сапропеля («грязи»). В настоящее время, такая установка используется в санатории «Урал».
Экономическая целесообразность и социальная значимость обуславливается следующим:
- только на замене привозимых минеральных удобрений на местные сапропелевые для условий Южного Урала будет экономиться в среднем 28-30 % вкладываемых средств, а прибавка урожая и повышение эффективности животноводства и птицеводства, развитие рыборазведения обеспечат дополнительную прибыль;
- реализация программы создания сапропелевой индустрии в Урало-Сибирском регионе открывает пути решения социальных задач
- увеличение занятости населения, уменьшение миграции, приобретение новых специальностей, целевая подготовка кадров в вузах и т.д.;
- обеспечиваются условия для разведения ценных пород рыбы в очищенных озерах, организации любительского рыболовства;
- открывается возможность организации сети курортов и грязелечебниц для пациентов с различным достатком - от элитных до бесплатных для ряда категорий граждан;
-наличие перспективных рынков сбыта в России и за рубежом (ряд стран СНГ, Турции, Арабские Эмираты, Ирак).
На консистенцию сапропеля сильно влияют минеральные примеси, присутствующие нередко в значительном количестве и придающие ему характер глинистых, известковых и др. образований. В связи с этим одним из главных процессов при разработке озерных сапропе-
левых месторождений земснарядами является процесс грунтозабора, который является определяющим для обеспечения эффективной работы земснаряда. Сапропелевые месторождения относятся к полезным ископаемым со своими специфическими гидрофизическими свойствами (большим числом пластичности и плотности). Как показал 30 летний опыт добычи лечебного сапропеля на озере «Горьком» Курганской области он обладает большой липкостью, поэтому известные грунтозаборные устройства [1] не обеспечивают необходимую производительность и требований экологии по охране водных бассейнов.
Грунтозаборное устройство, при добыче сапропеля земснарядом, должно обеспечить следующее:
иметь стабильную мощность на валу привода при вариации толщины разрабатываемого слоя сапропеля;
- соответствовать вместе с конструкцией рамы допустимой нагрузке при веерном способе разработки;
- позволять разрабатывать забой слоями в пределах шести метров.
В соответствии с вышеуказанными требованиями группой авторов [2] было усовершенствовано роторное грунтозаборное устройство В.А. Мороза, позволяющее разрабатывать связные липкие грунты, в том числе и озерные сапропели.
Основная цель усовершенствованной конструкции ковша заключается в том, чтобы обеспечить:
а) эффективное резание грунта за счет установки режущей кромки ковша под оптимальным углом резания;
б) эффективное перемещение нарезаемой стружки связанного грунта по внутренней поверхности ковша без залипания за счет постоянной кривизны стенки без изломов продольной, образующей стенки;
в) исключение очагов закипания грунта в плоскости ковша за счет сохранения ширины нарезаемой стружки постоянной во всех поперечных сечения ковша;
г) подачу нарезанной стружки во всас за счет подвижной передней стенки ковша выполненной из цепей;
д) уменьшение непроизводственных затрат связанных с подъемом и очисткой рабочего органа;
е) минимизация технических и технологических отказов.
Земснарядом, оборудованным двух роторным грунтозаборным
устройством с усовершенствованным ковшом в Магнитогорске, при
дноуглублении заводского водохранилища было разработано 500 тыс. м3 сапропелей заросших камышом.
Применение предлагаемой конструкции не вызывает изменений в конструкциях рамы грунтозаборного устройства земснаряда па-пильонажного устройства, приводов и энергоснабжения.
При определении производительности землесосного снаряда, оборудованного усовершенствованным разрыхлителем, при разработке сапропелей применима формула А.И. Харина [3]
Q — КОр • S • ^ • пг • 60, м3/ г (1)
где К - коэффициент полноты выбирания срезанной породы; Dp -диаметр ротора в метрах; S - подача земснаряда вперед в метрах; Т -толщина стружки в направлении папильонировании в метрах; пг -число черпаний в минуту.
Исследования [1, 4] установлено. Что для бункерного роторного разрыхлителя К = 0,9, для без бункерного К = 0,8. Толщина разрабатываемого слоя должна быть равна диаметру ротора, а подача земснаряда вперед должна быть в пределах 8= 0,2-0,3 м. Толщина стружки в направлении папильонирования при работе на сапропелях должна быть в пределах 1 = 0,2-0,3 м. Средняя скорость папильонирования может быть определена по формуле:
V — I • пг, м / с (2)
где пг - число черпаний определяют по выражению: пг = 60 Ур Ъ/ПБр (3)
где Ур - оптимальная окружная скорость вращения ротора по диаметру центра тяжести ковшей в м/с; Ъ - число ковшей, шт.
Для определения окружной скорости И.П. Будько [4] рекомендует эмипиеческую формулу:
Vp — КЬу]0,45 Ор • g, м / с
где КЬ = 0,4 - коэффициент расчетной скорости вращения при разработке связных грунтов; g - ускорение силы тяжести в м/с.
Проведенные опытные работы на озере «Горьком» - Курганской области показали, что наиболее целесообразно добычу сапропеля производить землесосными снарядами с подачей сапропеля по трубам. Как показали опытные работы при намыве сапропеля торцовым способом происходит фракционирование частиц по длине отстойника, о чем свидетельствуют данные приведенные в табл. 2.
проб 1,0-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005- 0,001 0,001
У выпуска пульпы 0,01 56,24 12,49 13,86 6,20 11,20
На расстоянии 10 мм от выпуска 0,01 52,49 12,49 16,41 7,40 11,20
На расстоянии 50 мм от выпуска 0 30,0 10,0 11,80 21,10 27,60
Из табл. 2 видно, что у выпуска пульпы откладываются в основном зольные частицы, тогда как наиболее ценные гумусные частицы уносятся в конец отстойника. Такое неравномерное распределение химических элементов по площади отстойника не соответствует агротехническим требованиям.
При определенном разнообразии способов разработки сапропелевых месторождений наиболее технологичным и дешевым является гидромеханизированный способ добычи. Положительные качества гидромеханизации при разработке обводненных месторождений состоят в следующем:
• возможность осуществления поточной технологии (добыча-транспорт-намыв);
• подача пульпы на значительное расстояние;
• относительно небольшие затраты энергии и труда.
В тоже время применение средств гидромеханизации имеет ряд недостатков:
• в естественной залежи сапропель представляет дисперсную структуру коагуляционного типа, при механическом воздействии, сапропель образует пятно мутности; потребность в больших площадях под отстойники или карты намыва; естественная сегрегация при намыве сапропеля в чеки или гидроотвалы, что приводит к низкому качеству конечного продукта.
В научно-техническом предприятии «Уралгидромехпроект» с участием автора разработан безсегрегационный способ складирования.
В соответствии с разработанной технологией сапропелевая пульпа от земснаряда, конструкция которого специально разработана «Уралгидромехпроект» для добычи сапропеля, подается в вибрационный бункер - обезвоживатель (ВБО), который представляет собой цилиндрический сгуститель с присоединенной к нему при помощи эластичной манжеты конической воронки с вибровозбудителем. Подступающая пульпа предварительно сгущается в статических условиях. Затем сапропель под действием вибраций уплотняется в конической воронке. Вода, насыщенная микроэлементами, вытесняется вверх и через сливные окна вытекает в сливной желоб.
Сгущенный сапропель разгружается через регулируемый затвор. Влажность сапропеля после обезвоживания в аппарате ВБО составит 25-75 %.
Сапропель после ВБО по ленточному транспортеру подается в чеки, в которых после вымораживания и обработки замороженного сапропеля получается органическое удобрение.
Чеки представляют собой участок земли, оборудованный дренажной системой, спланированный, как правило, прямоугольным. Количество чеков определяется масштабами добычи с учетом коэффициента их оборота (0,5). Высота дамб обвалования выбирается в зависимости от толщины намываемого слоя. При расчетной толщине слоя намыва 1 м, высота дамбы должна быть 1,5 м, ширина по верху от 2 до 5 м, заложение откосов принимается 1,0:2,5. Располагаются чеки на участках с хорошо фильтрующим основанием. Размеры чеков выбираются в зависимости от производительности установки и принятой технологической схемы уборки органического удобрения из чеков, а также седиментационных свойств пульпы.
Параллельно с подачей сапропеля в чеки сапропель подается в цех по производству кормовых добавок.
На Южном Урале есть озера, имеющие большое зеркало воды. На таких озерах добычу и переработку сапропелевых месторождений выгоднее вести плавучими, автономными модулями.
Такая добычная установка представляет собой технологический комплекс на плавучей платформе для добычи и переработки сапропелей естественной влажности [2]. Комплекс состоит из следующих узлов:
- плавучий корпус способный находиться на плаву при полной нагрузке технологическим оборудованием;
- добычной орган, дающий возможность добывать и транспортировать сапропель естественной влажности на борт;
- узел обезвоживания сапропеля с диапазоном 90-75 % влажности
- лечебные грязи, 90-60 % влажности - удобрения, 90-25 % влажности
- кормовые добавки;
- узел гранулирования, узел расфасовки, средства доставки расфасованного сапропеля с плавучего транспортного средства на другие виды транспорта или на место временного складирования.
На большинстве крупных озер Южного Урала наблюдается дисбаланс всей экологической системы озера. Эти негативные процессы в большинстве своем приобрели необратимый характер. В настоящий момент возникла реальная угроза утраты многих озерных экосистем. Прогрессирующее развитие процессов заиления озер требует разработки неотложных мер по восстановлению с решением задач по рациональному использованию озерных отложений.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Расщупкин Д.В., Пеняскин Т.Т. Испытания роторных и фрейзерных разрыхлителей земснарядов. Монтажные и специальные работы в строительстве. М., 1988, №3 с. 18-19.
2. А.С. 767295. Черпаковый двухроторный разрыхлитель Пеняскин Т.И. и др.
- опубл. В Б.К., 1980, №36
3. Харин А.И. Разработка грунтов плавучими зем. снарядами. М., Строиз-дат.1966, 234с.
4. Будько И.П. Область применения и сравнительная оценка работы некоторых типов грунтозаборных устройств. Сб. трудов ВНИИГС, Л., 1969, вып. 29, с. 53-60.
5. Тимченко А.И. Геолого-генетические проблемы фосфоритообразования /Горный вестник. Специальный выпуск. - 1996.
6. Воробьев О.Г., Добрецов В.Б., Назаров Е.А. Роль сапропеля в развитии региональных производительных сил. Региональная экология. - 1994.
7. Пеняскин Т.И. Гидромезханизация добычи озерного сапропеля на Южном Урале. Современное состояние и перспективы использования сырьевой базы Челябинской области. Сборник научных статей, посвященный 300 лет горногеологической службе России. - 2002.
— Коротко об авторах ---------------------
Горбачев Э.В. - ОАО «УралСибгидромеханизация».
