CC BY
76
Л.Н. Катышев
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ОТКАЧКИ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД И ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ ИЗ ПРУДОВ-НАКОПИТЕЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ СРЕДСТВ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ
~П условиях интенсивного земледелия важная роль отводит-
Л.З ся органическим удобрениям, в т.ч. навозу и животноводческим стокам. В настоящее время значение органических удобрений в земледелии повысилось в связи с ростом цен на минеральные удобрения, удорожанием электроэнергии и нефтепродуктов.
При использовании органических удобрений наиболее эффективным является подстилочный навоз. Но традиционные способы удаления и утилизации подстилочного навоза, применяемые на небольших фермах с содержанием 50-200 голов крупного рогатого скота (КРС) и 500-5000 свиней оказались нерентабельными при увеличении поголовья на крупных животноводческих комплексах.
При индустриальных способах получения животноводческой продукции поголовье КРС на фермах увеличилось до 10 тысяч голов (на откормочных площадках до 20 тысяч), а типоразмерный ряд комплексов по содержанию свиней составляет 27-54-108-216 тысяч голов.
Концентрация поголовья животных на комплексах способствовала повышению уровня механизации и автоматизации производственных процессов, рентабельности получения животноводческой продукции, но осложнила проблемы использования навоза и негативного влияния комплексов на окружающую среду.
На крупных комплексах объемы, структура и качество навоза коренным образом изменились. Большую долю в структуре навоза с комплексов занимают жидкий навоз и навозные стоки с содержанием сухого вещества 3-10 %. Поэтому для их использования на комплексах предусматриваются системы подготовки.
Основным, наиболее эффективным методом использования животноводческих стоков является внесение их на поля ороше-
ния. При этом используются удобрительные свойства стоков и происходит их доочистка в почвенной среде.
На животноводческих комплексах стоки после подготовки перекачиваются в пруды-накопители. Из-за сезонности использования стоков на полях орошения и обеспечения их выдержки для карантинирования и обеззараживания объемы накопителей рассчитываются на 6-12 месячное хранение. В зависимости от вида и мощности комплексов при гидравлических системах на-возоудаления суточные объемы выхода навоза составляют от 190 до 2400 м3. Требуемые объемы накопителей при этом составляют от 34,2 до 864 тыс. м3. (табл. 1).
Учитывая, что на очистные сооружения комплексов перекачиваются также сточные воды прилегающих поселков и перерабатывающих производств емкость накопителей приходится еще более увеличивать. Так на свинокомплексе ОАО «Лазаревское» Тульской области при поголовии 65 тыс. голов (60% проектной нагрузки) годовой объем стоков составляет более 900 тыс. м .
Объемы накопителей, организованных в балках за счет притока дождевых и талых вод часто превышает 3 млн м3 (комплекс «Агровалуйский» Белгородской области). В этих условиях заиление прудов-накопителей происходит также от продуктов эрозии прилегающих склонов.
На животноводческих комплексах для подготовки стоков к использованию применяют в основном сооружения механической очистки. Удобрительные свойства стоков при этом сохраняются, но содержание взвешенных веществ в них из-за низкой эффективности сооружений (40-60 %) остается высоким. Эти вещества при длительном хранении оседают на дно накопителей, снижают их первоначальный объем и уплотняются. При откачке стоков на орошение забор осадка происходит только в зоне водозабора. Когда слой осадка начинает превышать уровень водозаборных труб насосной станции, то переходят на сифонные водозаборы только осветленного слоя стоков. При этом заиление осадком еще более увеличивается по всей площади дна накопителей.
Технологии откачки осадка из накопителей не отработаны. При малой емкости (до 10 тыс. м3) накопители сооружаются с пандусами для заезда транспортно-погрузочных средств и освобожде-
ния накопителей после подсушки осадка. Используется также погрузка и транспортировка осадка в зимнее время. Аналогичные технологии используются при откачке, погрузке и транспортировании осадка с иловых карт после первичных отстойников механической очистки стоков.
Особенно осложняются проблемы очистки накопителей от осадка при естественном разделении навоза на фракции на комплексах лесостепной и степной зон. В теплое время года осветлённая фракция из накопителей может быть откачана на поля, но осадок из-за высокой влажности не поддается выгрузке и перевозке типовыми погрузочно-транс-портными средствами. Зимняя погрузка и транспортирование осадка также часто невозможны из-за относительно высоких температур в этих зонах. Поэтому при отсутствии оросительных систем по использованию жидкой фракции стоков накопители становятся источником экологического бедствия в зонах их расположения.
Для транспортирования и выгрузки неразделенного навоза из навозоприемников и навозохранилищ на комплексах применяют оборудование на базе центробежных и шнековых насосов, скреперные и черпаковые установки (табл. 2).
Центробежные насосы, предназначенные для перекачки жидкого навоза оборудуются измельчителями. Дальность перекачки навоза и стоков по напорным трубопроводам зависит от их влажности. Навоз влажностью 88-92 % можно перекачивать на расстояние до 500 м.
Для откачки осадка из прудов-накопителей одновременно с осветленной фракций животноводческих стоков на комплексах применяют установки на базе насосов с измельчителями, установленных на самодельных понтонах из тонкостенных труб, бочек или автотракторных шин. Наиболее часто для этих целей используют насос НЖН-200.
Транспортирование пульпы происходит по гибкому трубопроводу под вспашку или на поверхностный полив. При использовании этой технологии не отработана система регулирования оптимальной влажности пульпы: при влажности ниже 88 % -
перекачка связана с большими гидравлическими потерями, свыше 95 % - доля осадка в пульпе ничтожно мала.
Накопители при крупных животноводческих комплексах имеют большую площадь акватории и глубину до 10 м. Слой осадка в накопителях превышает 2,5-3 м. Этот осадок не подсушивается за оросительный сезон, даже если осветленный слой над ним полностью выкачивается. Поэтому выгрузка и транспортировка осадка из крупных накопителей экскаваторами, погрузчиками и транспортными средствами общепромышленного применения становится невозможной.
Использование экскаваторов-драглайнов или тракторов и кранов с навесным оборудованием в виде грейфера или бадьи с открывающимся дном с дамб накопителей при больших заложениях откосов требует увеличения длины стрелы. Опыт применения экскаваторов оборудованных драглайном, грейфером или обратной лопатой показал, что их рабочие органы увязали в уплотненном иле и при больших длинах стрелы механизмы опрокидывались в накопитель. Использование подобных установок для добычи ила с акватории накопителей в зимнее время опасно и требует дополнительных мер по намораживанию льда, а в летнее время требует сооружения настила на сваях.
Представляется перспективными технологии откачки осадка из накопителей средствами гидромеханизации. Процесс откачки осадка земснарядами достаточно отработан на технологиях добычи и использования сапропеля.
Для откачки осадка из накопителей могут быть предложены три базовых варианта.
Первый вариант предполагает откачку осадка вместе со стоками на орошение через мелиоративную насосную станцию, трубопроводы оросительной сети и дождевальные машины или аппараты. Для этого необходима гомогенизация стоков в месте водозабора. Для реализации технологии откачки осадка предлагается:
- в зоне водозабора стоков мелиоративной насосной станции возле дамбы сооружается дополнительно смесительная камера, которая выполняет функции смесителя и водозабора смеси;
- для разрыхления осадка и перекачки смеси в камеру смешивания на сварном понтоне устанавливается насос с измельчителем;
- перекачка взрыхленной смеси от места расположения понтона с насосом-измельчителем в любой точке акватории пруда до смесительной камеры производится по гибкому трубопроводу на понтонах;
- для электроснабжения насоса от трансформаторной подстанции насосной станции по дамбе пруда прокладывается воздушная или кабельная линия.
Общая схема системы подачи стоков на орошение с разбавлением чистой водой, разрыхлением и барботированием осадка в пруде-накопителе и спецификация сооружений приведена на рисунке.
Работает система следующим образом. Для подачи воды в оросительную сеть сначала включаются насос мелиоративной станции и происходит промывка трубопроводов оросительной сети и дождевальных машин (ДМ) чистой водой. Затем включается насос-измельчитель на понтоне, который подает смесь воды и осадка со дна пруда в смесительную камеру водозабора насосной станции. В камере смесь разбавляется чистой водой и через водозаборный трубопровод насосной станции подается на орошение. Прекращение водоподачи производится в обратном порядке: сначала выключается насос на понтоне, затем производится откачка остатков пульпы из смесительной камеры и промывка трубопроводов чистой водой и только после этого производится отключение мелиоративной насосной станции.
Г лубина разработки слоя ила регулируется высотой установки насоса на понтоне с помощью лебедки на станине этого насоса. Защита насоса-измельчителя при предельном снижении уровня воды обеспечивается штангой с конечным выключателем, установленной на заданный уровень относительно дна накопителя.
Откачка осадка с разных мест дна производится при передвижении понтона по акватории пруда. Установка понтона в месте разработки осадка производится тросами 16, которые на берегу закрепляются на якорях, а к понтону крепятся через лебедки 14. Насос на понтоне 3 взрыхляет осадок на дне пруда, измельчает крупные частицы и по гибкому трубопроводу 4 подает пульпу в смесительную камеру 11. Камера представляет собой бетонную емкость, изолированную от слоя осадка в пруде, но постоянно гидравлически связанную со слоем осветленной
Схема подачи стоков на орошение и барботированием осадка в пруде-накопителе животноводческих стоков: 1 -
пруд-накопитель; 2 - понтон; 3 — насос; 4 - гибкий трубопровод; 5 - измельчитель насоса; 6 - бочки-понтоны; 7 - жесткий трубопровод смесительной камеры; 8 - трубопровод подачи смеси к насосам мелиоративной насосной станции; 9 - дамба пруда-накопителя; 10 - насос мелиоративной насосной станции; 11 - смесительная камера; 12 - плавсредство для доступа к установке; 13 - якорь; 14 - лебедка; 15 - кабель; 16- трос; 17 - воздушная ЛЭП; 18 - трансформаторная подстанция
воды. На стенке смесительной камеры закрепляется жесткая секция трубопровода подачи пульпы, которая опускается ниже водозаборной трубы мелиоративной насосной станции. Пульпа в смесительной камере перемешивается с чистой водой и поступает в насосную станцию и далее к дождевальным машинам оросительной сети.
Опыт эксплуатации установки по предложенной схеме на базе насоса НЖН-200 имеется на комплексе «Воронежский» Владимирской области. Но там откачка стоков из пруда-накопителя производится сразу после сброса из прифермских накопителей и слой осадка не успевает сильно уплотниться. На отдельных комплексах накопление и уплотнение осадка происходило в течение 15-20 лет. Поэтому откачку такого осадка можно будет осуществить только с помощью земснарядов с фрезерным или шнековым рыхлителями. Технические характеристики выпускаемых в настоящее время средств гидромеханизации приведены в табл. 3.
Второй вариант откачки осадка предполагает подачу пульпы по отдельному трубопроводу на обвалованную площадку как для добычи сапропеля. После подсушки ил грузится погрузчиком в транспорт и развозится по полям. В этом случае нужно решить вопрос о распределении осветленной фракции стоков выше уровня осадка, которая должна быть предварительно откачана перед откачкой пульпы земснарядом. Следует учесть также объемы и места сброса воды с обвалованных участков в процессе осветления пульпы.
Третий вариант предполагает откачку пульпы по отдельному трубопроводу и подачу её на систему полива при вспашке. Преимущество этой схемы заключается в том, что осадок может быть утилизирован непосредственно при откачке. Но здесь также остается проблема о распределении осветленной фракции стоков выше уровня осадка, а также наличия необходимых площадей для утилизации его объема, накопившегося за много лет.
Как видно при решении проблемы откачки осадка из прудов-накопителей во всех вариантах кроме технических возникают экологические проблемы, связанные с недостатком площадей для утилизации самих животноводческих стоков и их осадка.
Для решения проблемы откачки осадка из прудов-накопителей сточных вод и животноводческих стоков с помощью средств гид-
ромеханизации необходимо обобщение передового опыта использования этих средств в технологиях гидротранспорта многофазных смесей, добычи сапропеля и очистки водных объектов от донных отложений. Земснаряды для откачки осадка должны быть сборноразборными, транспортабельными обычными средствами транспорта и иметь вес в пределах 5-10 т.
Кроме технических проблем использования средств гидромеханизации, возникают ряд организационных, экономических и агрохимических проблем, в частности связанных с сезонным использованием земснарядов и изменением агрохимических свойств осадка в процессах последующей его обработки и использования в качестве удобрения с учетом охраны окружающей среды.
— Коротко об авторах ------------------------------------------
Катышев Л.Н. - НИИ по сельскохозяйственному использованию сточных вод «Прогресс».
