CC BY
1УДК 5
Утенкова Т.Г.
кандидат технических наук, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II (г. Санкт-Петербург, Россия)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ПО МЕХАНИЧЕСКОМУ ОБЕЗВОЖИВАНИЮ САПРОПЕЛЯ
Аннотация: в работе кратко приведена информация о технологиях добычи и обезвоживания сапропеля. Выявлены основные недостатки оборудования и устройств по обезвоживанию сапропеля, ограничивающие добычу и переработку в России. Предложены рекомендации по совершенствованию оборудования по обезвоживанию сапропеля.
Ключевые слова: сапропель, обезвоживание, добыча, оборудование, органическое удобрение.
В сложившихся условиях роста мирового население, появилась необходимость наращивать сельское хозяйство, что в свою очередь подразумевает повышение спроса на удобрения. Более 90% используемых удобрений - химические [1,2]. Добыча и переработка сырья для производства химических удобрений требует огромных затрат на строительство и эксплуатацию горных предприятий, обогатительных фабрик и наносит невосполнимый ущерб природной среде, в том числе почвам, природным водам и атмосфере [3,4].
Сапропелевые удобрения доказали свою эффективность и имеют ряд преимуществ перед другими видами удобрений. Удобрение, созданное на основе сапропеля, - единственное в своем роде почвообразующее удобрение. Оно может использоваться для любых типов почв, восстанавливать их
плодородие и структуру, а также использоваться для рекультивации земель после завершения горных работ. Длительное действие этого удобрения объясняется тем, что оно не вымывается при поливе дождевыми и грунтовыми водами. В Литовском сельскохозяйственном институте изучали влияние известкового сапропеля на плодородие почв. Общий результат длительных экспериментов (около 18 лет) был положительным. Наблюдалось улучшение химических свойств: повысилось содержание полезных компонентов, понизилась кислотность почв, повысилась урожайность зерновых культур [5-7].
В настоящее время существуют различные устройства по обезвоживанию сапропеля, однако они обладают существенными недостатками, такими как высокие энергозатраты и длительность процесса обезвоживания. Известны некоторые комплексы [8,9] по обезвоживанию сапропеля в лабораторных условиях, но при работе таких комплексов происходит быстрый износ обезвоживающего, так как размеры его пор значительно превышают размеры частиц сапропеля.
С учетом всех недостатков было предложено новое техническое решение оборудования механического обезвоживания сапропеля (рис.1). Оборудование представляет из себя конвейерную установку, включающую загрузочное и распределительное устройство, обезвоживающие барабаны, которые устанавливаются над верхней ветвью и узел ворошения. Обезвоживающие бараны обтянуты слоем пористого материала - микрофибры. Выбор в пользу износостойкой микрофибры был сделан исходя из крупности пор, размеры которых соизмеримы с размерами частиц сапропеля.
Узел ворошения состоит параллельно установленных ножей-переворачивателей и плоскопараллельных пластин. Для устранения налипания сапропеля в узле ворошения реализуется эффект электроосомоса. Таким образом сапропель вблизи положительно заряженных ножей-переворачивателей будет переувлажняться, избыток влаги создаст водную пленку на поверхности ножей-переворачивателей, тем самым предотвращая налипание сапропеля.
Рисунок 1. Модель оборудование по механическому обезвоживанию сапропеля.
Количество обезвоживающих барабанов регулируется исходя из начальной влажности сапропеля, толщины обезвоживающего слоя, скорости движения конвейерной ленты и других параметров оборудования по механическому обезвоживанию сапропеля
Для увеличения производительности оборудования и эффективности обезвоживания сапропеля необходимо добавить стадию смешивания его с флокулянтом (рис.2). Перед подачей сапропеля на установку определяют его влажность и гранулометрический состав, далее рассчитывают необходимое количество флокулянта.
Сапропель
Флокуляция Обезвоживание Готовый продукт
Вода
Отстаивание Сброс в водоем
Рисунок 2. Блок-схема обезвоживания сапропеля.
После смешивания с флокулянтом сапропель транспортируется в цех по обезвоживания. При выборе флокулянта необходимо учитывать его свойства, он не должен быть токсичен, но должен обладать способностью флокуляции
органических грунтов. По возможности, в его состав должны входить микроэлементы, улучшающие плодородие почв.
Удаленная вода отправляется в отстойник для оседания взвеси, после чего сбрасывается в водоем. Обезвоженный сапропеля является готовым продуктом и складируется в закрытом помещении. Уникальность предлагаемой технологии (рис.3) заключается в возможности добычи и переработки сапропеля в зимний период. Для реализации данной технологии необходимо подогревать пульпопровод и оборудовать отапливаемый склад для хранения готовой продукции.
Рисунок 3. Схема добычи и переработки сапропеля.
Отличительной особенностью разрабатываемого оборудования и предложенной геотехнологии является возможность добычи и обезвоживания сапропеля в зимний период. В условиях зимнего сезона добычи сапропеля для транспортирования сырья в цех по обезвоживанию следует использовать подогреваемый пульпопровод, а готовую продукцию складировать на отапливаемом складе.
Разработанное оборудование было испытано в лаборатории Горного университета. Были установлены зависимости коэффициента интенсивности обезвоживания сапропеля от времени его контакта с обезвоживающим слоем (рис.4,5).
0,30 0,20 0,10 0,00
К
1 • •
1 • = 0,1374 • Пп(г) + 2229
• Я2 = 0,8949
0,20 0,45 0,70 0,95 1,20 1,45 с
• Масса отжатой влаги / масса исходной влаги
Рисунок 4. Значения коэффициента интенсивности обезвоживания сапропеля в зависимости от времени его контакта с обезвоживающим слоем.
Коэффициент интенсивности определяется отношением массы отжатой влаги к массе исходной влаги.
Рисунок 5. Значение коэффициента интенсивности обезвоживания сапропеля при различных скоростях и при различном количестве стадий обезвоживания.
Согласно нормативной документации влажность сапропеля для использования его в качестве удобрения должна составлять 60-65%, такое значение достигается при значении коэффициента интенсивности 0,28. Для достижения требуемой влажности сапропеля количество стадий обезвоживания при скорости движения ленты 0,16 м/должно быть не менее 3, при 0,22 м/с - 5,
при 0,28 - 7. Скорость движения ленты выбирается с учетом необходимой производительности оборудования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Nosratabadi, S., Ardabili, S., Lakner, Z., Mako C., Mosavi. A. Prediction of food production using machine learning algorithms of multilayer perceptron and anfis. Agriculture 2021, 11(5), 408. https://doi.org/10.3390/agriculture11050408;
2. Leifert C. Organic farming provides a blueprint to improve food quality, safety and security. Agronomy 2022, 12(3), 631. https://doi.org/10.3390/agronomy12030631;
3. Zhang, X.-M., Hu, C., He, Z.-Q., Abbas, Y., Li, Y., Lv, L.-Fu., Hao X.-Y., Gai G.-S., Huang, Z.-H., Yang, Y.-F., Yun, S.-N. Microcrystalline apatite minerals: mechanochemical activation for agricultural application. Minerals 2019, 9(4), 211. https://doi.org/10.3390/min9040211;
4. Gu, X., Liu, Y., Li, N., Liu, Y., Zhao, D., Wei B., Wen, X. Effects of the foliar application of potassium fertilizer on the grain protein and dough quality of wheat. Agronomy 2021, 11(9), 1749. https://doi.org/10.3390/agronomy11091749;
5. Baksiene E., Janusiene V. The effects of calcareous sapropel application on the changes of Haplic Luvisols chemical properties and crop yield. Plant, Soil and Environment 2006, 51 (12), 539-544;
6. Sinyavskij I.V., Plotnikov A.M. Evaluation of the dependence of the yield of grain crops in crop rotation on the use of sapropels, lime, nitrogen and phosphorus fertilizers [In Russ]. Vestnik Kurganskoj GSXA 2021, 3 (39), 13-20;
7. Semenova Z.V. The potential of sapropels in solving food problems [In Russ]. VestnikIrGTU2011, 8 (55), 154-161;
8. Патент РФ № 2002122920/12, 10.08.2004. Тарасов Ю. Д., Рыжих А. Б., Прялухин А. Ф. Комплекс для снижения влагосодержания сапропеля. (2002);
9. Патент РФ № 2007109582/12, 20.10.2008. Тарасов Ю. Д. Машина для снижения влагосодержания сапропеля. (2007)
Utenkova T.G.
St. Petersburg Mining University of Empress Catherine II (St. Petersburg, Russia)
IMPROVEMENT OF SAPROPEL MECHANICAL DEWATERING EQUIPMENT
Abstract: paper briefly provides information on sapropel extraction and dewatering technologies. The main disadvantages of sapropel dewatering equipment and devices that limit extraction and processing in Russia have been identified. Recommendations for improving sapropel dewatering equipment are proposed.
Keywords: sapropel, dehydration, extraction, equipment, organic fertilizer.
