CC BY
152
УДК 553.973:622.648 В.А. Дементьев
ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ ДОБЫЧИ САПРОПЕЛЯ И ПРОИЗВОДСТВА УМС (УДОБРИТЕЛЬНО МЕЛИОРИРУЮЩИХ СМЕСЕЙ) НА ЕГО ОСНОВЕ
Приведены сведения о разработке обводненных сапропелевых месторождений в настоящее время с применением средств гидромеханизации. Выявлены свойства сапропеля влияющие на его выемку и гидротранспортирование. Предложены новые технические и технологические решения добычи сапропеля.
Ключевые слова: сапропель, нагорный гидротранспорт, концентрация, влажность, породозаборное устройство.
Создание сапропелевой индустрии невозможно без устойчивой добычи сапропеля и выпуска на его основе удобрительно мелиорирующих смесей (УМС) в непрерывном цикле. В настоящее время добыча сапропеля в России ведется только в летнее время, что отрицательно сказывается как на эффективности производства, так и на качестве производимой продукции.
Как правило добыча сапропеля ведется фрезерными или шнековыми земснарядами с транспортировкой пульпы по напорному трубопроводу на берег, что приводит к сильному разбавлению сапропеля водой (в 3-4 раза), или много-черпаковыми, одноковшовыми или грейферными земснарядами, что позволяет приблизить добытый сапропель к естественной влажности (100-120%), но предполагает использование дополнительных транспортных плавсредств (баржи) для транспортировки сапропеля к берегу с последующей его выгрузкой или закачкой на берег в чеки-отстойники.
Сапропель закаченный в чеки-отстойники находится там длительное время (6-7 месяцев), включая осень, зи-
му и весну, в течение которого он отстаивается, промораживается, отдает влагу, подсыхает до 60% влажности, после чего производится его выемка, упаковка, погрузка и отправка заказчику.
Данная технология имеет ряд существенных недостатков:
- с потерей влаги вначале при отстаивании свежевынутого сапропеля, а затем весной после оттаивания промороженного сапропеля теряется до 25% водорастворимых биологически активных веществ, включая азот, аминокислоты, витамины, ферменты, гуминовые вещества, микроэлементы, что снижает биологическую активность продукции, т.е. ухудшает качество сапропеля;
- за время хранения в чеках-отстойниках сапропель загрязняется семенами сорных растений, экскрементами птиц и животных, грызунов, насекомыми, поскольку чеки отстойники занимают огромные площади;
- объем свежевынутого сапропеля закаченного в чеки-отстойники и объем сапропеля 60% влажности после промо-розки и сушки относятся как 6:1, т.е. объем сапропеля в чеках-отстойниках уменьшается в 6 раз;
FIG. 1
Рис. 1
- процесс выемки сапропеля из залежи и получения готовой продукции занимает 12 месяцев, из которых работа занимает 50%.
Все попытки российских производителей выйти на международный рынок с сапропелевой продукцией увенчались полным провалом: сельскохозяйственные угодья, на которые вносился сапропель, через некоторое время покрывались сорняком.
Единственным до недавнего времени производителем сапропелевой продукции, которому удалось выйти на международный рынок, является белорусская фирма AridGrow, которая использует обычную технологию добычи сапропеля, но в качестве УМС выдает торфосапропелевую смесь, получаемую путем сушки торфа и сапропеля в барабанной сушилке до 40% влажности с добавлением в эту смесь различных минеральных добавок (цеолита, глауконита, доломита, извести). Поскольку УМС получается сухой, а поэтому имеет низкую биологическую активность, для её активации используют активатор - гумат калия или гумат натрия в виде жидкости, которой замачивают УМС перед внесе-
нием в грунт. Работы по добыче сапропеля и производству УМС в зимний период прекращаются, поскольку озера покрываются льдом, а сапропель в чеках-отстойниках замерзает. Стоимость такой двух компонентной продукции на рынке очень высока (цена одной тонны УМС составляет 1200 дол. США, плюс 5000 дол. США за 1 тонну гуминового активатора), что не позволяет ей найти широкое применение и сдерживает производство.
Наибольший интерес в плане индустриализации сапропелевой от-расли представляет, на наш взгляд, так называемая технология BioDeposit, разработанная и внедренная фирмой EHT Engineering в соседней Латвии. Технология BioDeposit построена на 3-х принципах:
1. сапропель, используемый для приготовления УМС, должен иметь естественную влажность (85 - 97 %), а его выемка и подача на берег должны вестись непрерывно в закрытом цикле, исключая сезонность и длительное хранение в чеках-отстой-никах;
2. исключить сушку сапропеля, а производство УМС должно вестись в непрерывном цикле с сохранением в ней активной влаги сапропеля при влажности готовой УМС не менее 60%.
Первый принцип реализован в добычном устройстве EHT25(WINTER), спроектированном для работы на озере Убаговас, Восточная Латвия - Латгалия (рис. 1 и рис. 2). Устройство включает размещенное в водоеме плавучее основание 1 с размещенными на нем папиль-онажными лебедкам 2, погружной грязевой насос 3, напорный трубопровод 4,
FIG. 2
Рис. 2
соединяющий насос 3 с размещенным на берегу накопительным бункером 5, выполненным с теплоизоляцией и обогревом или размешенным в отапливаемом помещении 6. Напорный трубопровод выполнен из двух соединенных между собой частей - береговой части 7 и погружной части 8. Напорный трубопровод выполнен из полиэтиленовых труб. Выполнения труб напорного трубопровода 4 из полиэтиленовых труб обеспечивает возможность точной регулировки плавучести погружной части 8 трубопровода 4 с помощью грузовых хомутов 9, придавая ему необходимую плавучесть, облегченное перемещение под водой за счет легкости полиэтилена. Кроме того, полиэтилен обладает водоотталкивающим свойством, что способствует значительному снижению потерь напора в трубопроводе по сравнению со стальным, выдерживает низкие температуры до -40 0С, большую гибкость, что позволяет вести их удобную эксплуатацию под водой при перемещениях устройства. Выбор марки полиэтилена (низкого, среднего или высокого давления - ПЭ, ПЭСД или ПЭСП и др.), диаметр труб и толщина стенки зависит от напряжения (давления), возникающе-
го в трубопроводе при его эксплуатации, а также от вязкости сапропеля и длины трубопровода и общей высоты подъема. Поэтому при малой вязкости и небольших рабочих давлениях можно использовать ПЭ, а при больших - ПЭНД или ПЭВП.
Для придания погружной части 8 трубопровода 4 отрицательной плавучести она снабжена закрепленными снаружи съемными грузовыми хомутами 9, размещенными равномерно по длине трубопровода с определенным шагом. Такое выполнение позволяет погрузить трубопровод под воду, а зимой - под лед, чтобы исключить его вмерзание в лед и возможное повреждение о кромку льда при перемещении. Поскольку без пригруза полиэтиленовый трубопровод обладает положительной плавучестью (т.е. полиэтиленовая труба плавает на поверхности воды в полупогруженном (пустой трубопровод) или в погруженном на 90% (заполненный сапропелем трубопровод) состоянии, вес грузовых хомутов рассчитывается таким образом, чтобы трубопровод при заполнении его сапропелем не плавал на поверхности, а слегка соприкасался со дном. При этом не следует перегружать трубопровод
хомутами, т.к. при избыточном весе пригруза (хомутов) возникнет излишнее давлении трубопровода на дно, увеличится сила трения трубопровода о грунт, и его будет тяжело тащить земснаряду при передвижении.
Трубопровод 8 и погружной насос 3 соединены между собой посредством погружного узла 10, который крепится на корпусе 12 с помощью разъемно-фиксирующих зажимов (хомутов) 22, позволяющих регулировать глубину погружения погружного узла 10 в воду 17 за счет поднимания-опускания вертикальных участков трубопровода 23 и вертикальной направляющей 24 погружного узла 10 в зажимах 22. Это позволяет выбрать необходимую глубину погружения трубопровода 8 с учетом толщины льда, высоты донной растительности, глубины воды 17 в водоеме. Опускание-поднимание погружного узла 10 на нужную глубину осуществляется при ослабленных зажимах 22 с помощью двух переносных палубных домкратов (не показаны). Погружной узел
10, таким образом, включает в себя стальную трубу 10, имеющей вертикальный и горизонтальный участки, защитный кожух 16, гибкий трубопровод
11, переходной конус 25, вертикальную направляющую 24, крепления 22 для фиксации узла на корпусе 12. Части 7 и 8 трубопровода 4 соединяют между собой посредством фланцев (на чертеже не показаны). Погружной узел 10 имеет гибкий трубопровод 11 для соединения с грунтовым насосом 3. Береговая часть 7 напорного трубопровода 4 расположена в грунте на глубине, превышающей глубину возможного промерзания берегового грунта, а погружная часть 8 расположена в водоеме на глубине, превышающей глубину возможного промерзания воды, что позволит исключить
промерзание трубопровода и обеспечить бесперебойную подачу сапропеля в зимнее время года.
Плавучее основание 1 смонтировано на двух соединенных между собой и расположенных параллельно понтонах
12. Боковые стенки понтонов 12 выполнены под углом более 45° к вертикальной плоскости, вершина которого обращена к основанию 1 . Папильонажые лебедки 2 соединены с расположенными на берегу анкерными устройствами 13 посредством стальных тросов 14 па-пильонажных лебедок 2.
Для обеспечения энергоснабжения устройство имеет силовой кабель электроснабжения 15. Кабель 15 выполнен погружным, снабжен защитным кожухом 16, который закреплен на погружном узле 10 и погружном участке трубопровода 8 посредством крепежных хомутов 19. Бортовой конец кабеля 15 заводится в распределительный щит (на чертеже не показан) плавучего основания 1 , а береговой конец кабеля 15 подключается к силовому распределительному щиту или подстанции (на чертеже не показаны). Защитный кожух 16 выполнен в виде трубы из полиэтилена или металла, имеющей круглое или квадратное сечение с изогнутым участком. Для погружения и подъема насоса 3 служит подъемные лебедки на чертеже не показаны), смонтированные на плавучем основании 1.
Устройство работает следующим образом.
После подключения на берегу кабеля 15 и подачи электропитания, с помощью папильонажных лебедок 2 натяжных тросов 14 и береговых анкеров 13 плавучее основание 1 может осуществлять перемещение по
РЮ.З
ї\в.5
19
Рис. 3
поверхности воды в пределах площади ограниченной анкерами 13. За счет того, что наружные стенки понтонов имеют скосы, а якоря 13 папильонажных лебедок 2 установлены жестко на берегу 18, плавучее основание 1 за счет усилия, создаваемого лебедками 2, подтягивается к якорям и может производить наезд сверху на кромку льда и обламывать его за счет веса плавучего основания. Конструкция плавучего основания 1 и тяговые усилия лебедок 2 рассчитана таким образом, чтобы обламывание кромки льда и перемещение его по акватории было возможно при толщине льда до 20 см. При сильных морозах, когда толщина льда превысит расчетную, плавсред-
ство будет вытолкнуто льдом на поверхность льда из-за имеющегося наклона всех боковых стенок понтонов 12 и не будет раздавлено льдом как в случае если бы стенки были вертикальными. При этом часть водного пространства ограниченного между понтонами, расположенная под отапливаемым техническим помещением 26 плавучего основания 1 ограничивается поперечными гибкими стенками (не показаны), закрывающими это пространство между понтонами снаружи от промерзания. Таким образом, тепло отапливаемого технического помещения 26 плавающего основания 1 обеспечивает незамерзание участка акватории под этим помещением,
тем самым создает возможность прохода под воду гибкого трубопровода, подъема-опускания грунтового насоса.
Погружной насос 3 с помощью грузовой лебедки (не показана) погружается в толщу залежи 22 и подает сапропель в напорный трубопровод 4 по гибкому участку 11 погружного устройства 10, соединяющему насос 3 с погружной частью 8 напорного трубопровода 4. При подаче сапропеля в трубопровод 4 воздух из него вытесняется, трубопровод приобретает отрицательную плавучесть и погружается под воду.
Перемещение плавучего основания 1 по поверхности водоема 17 осуществляется за счет 4-х папильонажных лебедок
2, тросов 14 и береговых анкеров 13. Береговые анкерные устройства 13, тросы 14 и натяжение лебедок и вес плавучего основания 1 рассчитываются на такое усилие, которое необходимо для перемещения плавучего основания 1 между анкерными устройствами при покрытии акватории льдом определенной толщины. При использовании обычных якорей этого достичь сложно ввиду того, что сапропель находится в вязко текучем состоянии и якоря при больших натяжных усилиях тросов могут перемещаться в толще сапропеля, при этом поднять их из толщи сапропеля с целью перестановки на новое место довольно проблематично без специального подъемного плавучего средства (завозни или плавкрана).
Выемка сапропеля 22 из подводной залежи и его подача в береговой нако-
пительный бункер 5 осуществляется с помощью погружного грунтового насоса 3, который с помощью грузовой лебедки (не показана) опускается в толщу сапропеля 27, и за счет создаваемого в насосе разряжения, с одной стороны, производит всасывание сапропеля, находящегося в вязко-текучей консистенции, а затем за счет создаваемого давления с другой стороны, подает его по напорному трубопроводу 4 в бункер 5. При этом при работе в мороз необходимо соблюдать требование: на всем протяжении своего пути от насоса 3 до бункера 5 участки трубопроводов 11, 10, 8, 17 не должны подвергаться воздействию мороза, или должны находиться в зоне действия плюсовых температур. Температура сапропеля в залежи и зимой и летом составляет +4 0С, температура воды подо льдом не опускается ниже +2^3 0С, температура в техническом отапливаемом помещении 26 составляет не ниже +5 0С. Таким образом и насос 3, и гибкий трубопровод 11, и погружной узел 10, и трубопровод 4 не имеют контакта с отрицательной температурой наружного воздуха, что обеспечивает бесперебойную работу плавающего средства 1 в осенне-зимний период.
Предложенное устройство позволяет расширить функциональные возможности добычного устройства и обеспечивает бесперебойную работу устройства по добычи сапропеля естественной влажности в любое время года, в том числе и зимой. ШИН
— Коротко об авторе -------------------------------
Дементьев В.А. - кандидат технических наук, соискатель, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
