способ обезвоживания сапропеля при получении сапропелевого продукта и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обезвоживания сапропеля при получении сапропелевого продукта, включающий закачку сапропеля естественной влажности в накопительную емкость, выполненную из прочного фильтрующего воду материала, в качестве которой используют гибкий рукав, с последовательным промораживанием сапропеля, оттаиванием и сушкой до 60% влажности в гибком рукаве, осуществляемые в естественных условиях, с расположением рукава вертикально над поверхностью земли или в рефрижераторной камере или промораживание осуществляют в рефрижераторной камере, оттаивание в естественных условиях и сушку проводят в сушильной камере.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что загрузку рукава сапропелем осуществляют снизу через загрузочный клапан или сверху через горловину, выполненные в рукаве.

3. Устройство для обезвоживания сапропеля при получении сапропелевого продукта, включающее неподвижный или подвижный каркас и накопительную емкость, выполненную из прочного фильтрующего воду материала в виде гибкого рукава, причем в верхней части рукав оснащен горловиной и петлями для размещения с возможностью съема на каркасе, в нижней части имеет открывающееся днище, а в стенке над днищем - загрузочный клапан.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каркас оснащен поддоном со сливом для сбора и отвода влаги.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что поддон может быть выполнен гибким из водонепроницаемой пленки или ткани.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к сельскому хозяйству и могут быть использованы при получении сапропелевого продукта.

Известен способ обезвоживания сапропеля, включающий подачу сапропеля со дна водоема с помощью земснаряда, его транспортировку по напорному трубопроводу или баржами к берегу, выгрузку сырого сапропеля в земляные чеки-отстойники с последующим промораживанием зимой, оттаиванием весной и подсушкой летом, с последующей расфасовкой в мешки или биг-беги и отгрузкой заказчику (С.М.Штин. Озерные сапропели и их комплексное освоение. М., МГГУ, 2005, (стр.163-165, 260-262 или В.Б.Добрецов. Сапропели России. Освоение, использование, экология. С-Пб., ГИОРД, 2005, стр.60-63).

Данный способ имеет следующие недостатки:

- чеки-отстойники требуют отторжения больших площадей, поскольку толщина намытого сапропеля, как правило, не превышает 1 м с тем, чтобы обеспечить его промерзание на всю толщину;

- чеки-отстойники требуют планировки их основания, устройства обвалования, устройства системы водоотвода и водосборных колодцев, прокладки трубопровода на большую длину с устройством опор для него;

- отторжение больших площадей на берегу водоема, покрытых черным илом, негативно влияет на эстетический вид берегового ландшафта водоема;

- при отсутствии достаточно сильных и продолжительных морозов намытый в отстойниках сапропель может не промерзнуть на всю толщину намытого слоя, что не позволит летом полностью выбрать его из отстойников и затруднит работу по отгрузке готовой продукции;

- поскольку сапропель намывается прямо на землю, при его выемке происходит его смешивание с землей ввиду отсутствия четкой границы между землей и подсушенным сапропелем, что также ухудшает качество готового продукта, загрязняет его земляной флорой и фауной;

- невозможно произвести тщательную просушку сапропеля в летнее время до самого основания чека-отстойника;

- период от подготовки чеков-отстойников под закачку сапропеля до их очистки от подсушенного сапропеля 50-60% влажности занимает 2-3 года (см. вышеназванную кн. С.М. Штин, стр.165);

- за время нахождения сапропеля в чеках-отстойниках происходит его загрязнение семенами сорных растений, пометом птиц, грызунов, дорожной пылью, что снижает качество сапропелевого удобрения, его чистоту и не дает возможности получать высококачественное удобрение.

Известен способ для обезвоживания сапропеля при получении сапропелевого продукта, включающий закачку сапропеля естественной влажности в накопительную емкость, выполненную из прочного фильтрующего воду материала (геотубу), последовательное промораживание сапропеля, оттаивание и сушку до 60% влажности, осуществляемые в емкости.

http://zn.innovaterussia.ru/project/gallery/current/5110;

http://zn.innovaterussia.ru/project/gallery/current/5109.

В данном источнике раскрыто также устройство для обезвоживания сапропеля, содержащее накопительную емкость, выполненную из прочного фильтрующего воду материала (гетобу). Данное решение может быть принято в качестве наиболее близкого аналога в части заявленных способа и устройства. Из данного источника известно также устройство для обезвоживания сапропеля, содержащее накопительную емкость, выполненную из фильтрующего материала. Геотубы (geotube) это матрацы большого размера из геотекстильной ткани, в которых он отлеживается, промораживается, высыхает, после чего ткань геотуба разрезают и экскаватором выбирают из него сапропель. Положительной стороной данного способа является тот факт, что сапропель закрыт от семян сорных растений, пыли, помета птиц и грызунов. В остальном данному способу присущи те же недостатки, присущие двум вышеупомянутым. Кроме того, стоимость геотуба значительна, а использовать его можно только один раз, поскольку он разрезается при вскрытии. Для гарантированного промораживания сапропеля на всю глубину толщина закаченного в геотуб сапропеля ограничена глубиной промерзания грунта в данном климатическом регионе. Поскольку геотуб лежит на земле и покрывает собой большую площадь, промораживание сапропеля начинается сверху вниз, и если, например, мороз будет недостаточным для промораживания сапропеля в геотубе на всю его толщину, то при вскрытии геотуба летом будет сложно отделить промороженный сапропель от не промороженного, что негативно скажется на качестве готового продукта - он не будет сыпучим. Сапропель в геотубе промораживается со стороны холодного воздуха сверху, и проморозка идет довольно долго, поскольку земля имеет большую теплоемкость что увеличивает время промораживания сапропеля в геотубе. Даже при условии полного промораживания сапропеля в геотубе в короткое время приходится ждать лета для его оттаивания и просушки, что делает этот способ слишком длительным и малопроизводительным, зависящим от климатических условий.

Задачей заявленной группы изобретений является устранение указанных выше недостатков.

Технический результат заявленной группы изобретений - повышение качества получаемого сапропелевого продукта, уменьшение сроков его получения в различное время года и различных климатических условиях при одновременном снижении трудоемкости технологии получения продукта, а также обеспечение возможности многократного использования устройства. Это достигается тем, что в известном способе обезвоживания сапропеля при получении сапропелевого продукта, включающем закачку сапропеля естественной влажности в накопительную емкость, выполненную из прочного фильтрующего воду материала, последовательное промораживание сапропеля, оттаивание и сушку до 60% влажности, осуществляемые в емкости, согласно изобретению в качестве емкости используют гибкий рукав, при этом промораживание осуществляют в естественных условиях с расположением рукава вертикально над поверхностью земли или в рефрижераторной камере или промораживание осуществляют в рефрижераторной камере, оттаивание и сушку в естественных условиях. Кроме того, загрузку рукава сапропелем осуществляют снизу через загрузочный клапан или сверху через горловину, выполненные в рукаве.

Технический результат достигается также тем, что известное устройство, включающее накопительную емкость, выполненную из прочного фильтрующего воду материала, согласно изобретению снабжено неподвижным или подвижным каркасом, а емкость выполнена в виде гибкого цилиндрического рукава, причем в верхней части рукав оснащен горловиной и петлями для размещения с возможностью съема на каркасе, в нижней части имеет открывающееся днище, а в стенке над днищем -загрузочный клапан. Кроме того, каркас оснащен поддоном со сливом для сбора и отвода влаги.

На прилагаемых чертежах, согласно изобретению:

Фиг.1 изображает устройство для обезвоживания сапропеля, общий вид;

Фиг.2 - то же, что на фиг.1, вид спереди;

Фиг.3 - то же, что на фиг.1, вид сверху.

Способ включает последовательное проведение следующих операций: закачку сапропеля естественной влажности в накопительную емкость, выполненную из прочного фильтрующего воду материала; промораживание сапропеля, его оттаивание и сушку до 60% влажности. Операции промораживания сапропеля, оттаивания и сушки осуществляются в емкости, в качестве которой используют гибкий рукав. Операцию промораживания осуществляют в естественных условиях зимой с расположением рукава вертикально над поверхностью земли или в любое время года в рефрижераторной камере. Загрузку рукава сапропелем осуществляют снизу через загрузочный клапан или сверху через горловину, выполненные в рукаве.

Устройство для обезвоживания сапропеля при получении сапропелевого продукта содержит следующие конструктивные элементы:

1 - гибкий цилиндрический рукав;

2 - открывающееся днище рукава;

3 - горловина рукава

4 - подвесные петли, выполненные в верхней части рукава;

5 - каркас для подвески рукава, выполненный неподвижным или подвижным;

6 - катки каркаса, выполненного подвижным;

7 - выполненный в нижней части рукава загрузочный клапан;

8 - напорный трубопровод;

9 - сапропель;

10 - поддон для сбора и отвода воды.

Для загрузки и разгрузки рукава используют известные устройства.

Способ осуществляют посредством устройства следующим образом.

Сапропель 9, добываемый со дна водоема, например, посредством земснаряда, закачивают насосом (не показан) через напорный трубопровод 8 в горловину 3 или через загрузочный клапан 7, расположенный в стенке рукава 1 над днищем 2, в гибкие рукава 1, которые предварительно петлями 4 подвешивают над землей вертикально на каркасе 5, установленном неподвижно. В случае проведения операции промораживания сапропеля в естественных условиях зимой, в регионах с температурой воздуха в зимнее время ниже 10°С, рукава отставляют на каркасах. Поскольку рукав 1 подвешен вертикально к каркасу 5 над землей, проморозке подвержена вся поверхность рукава, обеспечивая равномерность и увеличивая скорость промораживания сапропеля.

После зимней проморозки в весенний период проводят оттаивание сапропеля, для чего на каркас 5 устанавливают поддон 10. В летний период осуществляют сушку сапропеля до влажности 60%. Затем сапропель выгружают через открытое днище 2 в кузов транспорта. В регионах, где температура воздуха в зимнее время не превышает 10°С, или в весенне-осенний период в любых регионах, загруженные сапропелем рукава промораживают путем помещения их в рефрижераторную камеру. В этом случае после загрузки сапропеля рукава 1, подвешенные на каркас 5, перемещают вместе с каркасом 5, установленным на катках 6, в рефрижераторную камеру (не показана). После заморозки сапропеля каркас 5 с рукавами 1 выкатывают из рефрижераторной камеры для оттаивания. При этом на каркас 5 устанавливают поддон 10 для сбора воды. Поддон 10 может быть выполнен гибким из водонепроницаемой пленки или ткани.

Затем, после оттаивания сапропеля, рукава 1 на каркасе 5 перемещают в сушильную камеру, а после сушки в ней сапропеля до 60% влажности, каркас 5 с рукавами 1 перемещают к месту выгрузки. Выгружают сапропель через открывающееся днище 2 гибкого рукава 1 в кузов транспорта или в лоток отводящего транспортера (не показан). Днище 2 открывается путем, например, снятия винтового зажима или веревочного узла, образующих днище рукава путем перекрытия (стягивания) поперечного сечения рукава у нижнего его края. После выгрузки сапропеля днище 2 рукава 1 закрывают и рукав готов для повторения процесса обезвоживания сапропеля. Рукав может использоваться многократно. Гибкий рукав 1 изготавливают из прочного фильтрующего воду материала, например, в качестве такого материала может быть использован термоскрепленный геотекстиль Fibertex F20 или полипропиленовый геотекстиль. Диаметр рукава может быть разным. Для рукава, в котором осуществляют проморозку сапропеля в рефрижераторной камере, диаметр может быть в пределах 30-60 см. Диаметр рукава, в котором осуществляют проморозку сапропеля в естественных условиях на открытом воздухе, может быть в пределах 50-120 см в зависимости от климатических условий региона. Уменьшение диаметра менее указанных пределов увеличивает трудоемкость работ по загрузке и выгрузке сапропеля, а увеличение указанных пределов может привести к разрыву стенки рукава в нижней части от большого внутреннего давления столба жидкого сапропеля.

Рукав 1 имеет четыре петли 4, рассчитанные на вес сапропеля, закачиваемого в рукав. Рукав 1 за петли 4 подвешивается на каркас 5. Загрузка сапропеля через горловину 3 может осуществляться в случае, если высота рукава 1 не превышает 2,2 м. Эта высота ограничена высотой стандартного контейнера - рефрижератора. Эта высота может быть 2,6 м в случае если используется высокий контейнер. В случае использования в качестве морозильных камер стандартных рефрижераторных контейнеров указанной высоты каркас 5 делают подвижным, оснащая его катками 6 для перемещения снаружи во внутрь камеры и обратно после промораживания сапропеля.

В качестве рефрижераторной камеры может быть использован известный рефрижераторный контейнер марки 40"HiCube (http://www.maritech.lv/?id=containers&sub=20f).

В качестве камеры оттаивания и сушки может быть использован такой же рефрижераторный контейнер, что и при заморозке (40"HiCube), но работающий в режиме нагрева (http://www.maritech.lv/?id=containers&sub=reef).

В случае если промораживание, оттаивание и сушку сапропеля в рукаве 1 проводят в естественных условиях, используя неподвижный каркас 5, жестко закрепленный на основании (на фундаменте), тогда можно использовать рукава значительно большей высоты с тем, чтобы на меньшей площади разместить как можно больший объем сапропеля. Высота рукавов в таком случае ограничена только его прочностью на разрыв от веса жидкого сапропеля, и может достигать 4-6 метров, а при конструктивном усилении рукава могут достигать 10-12 м. В таком случае закачку сапропеля в рукав удобно вести не сверху, а снизу через загрузочный клапан 7.

Такое расположение клапана 7 оправдано тем, что при большой высоте рукава 1 высота падения сапропеля в рукаве будет тоже большой, что передаст излишние нагрузки на петли 4 рукава, и на стенки рукава, приведет к перегрузкам, а в случае опускания напорного трубопровода до днища внутри рукава создаст дополнительные неудобства по опусканию-подъему трубопровода внутри рукава, повысит трудоемкость работы.

После закачки сапропеля в рукава 1 происходит отдача так называемой свободной (несвязанной) воды сапропелем, или так называемой рапы, за счет того, что стенки рукава 1 выполнены из ткани, пропускающей (фильтрующей) воду, но задерживающей частицы сапропеля. В начале воду отдают пристенные слои сапропеля, затем расположенные в центре рукава. Процесс фильтрации воды может занимать от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от зольности сапропеля: чем выше зольность, тем выше скорость фильтрации воды.

Вода, выделяющаяся из сапропеля, называемая рапой, является эффективным жидким удобрением, поскольку насыщена водорастворимыми биологически активными веществами (витаминами, аминокислотами, ферментами, микроэлементами), поэтому для ее сбора и отвода используется поддон 8, установленный в нижней части каркаса 5 под днищем 2 рукава 1. Вода стекает по стенкам рукава 1 и поступает в поддон 8, из которого сливается (или выкачивается с помощью насоса) в накопительные емкости для рапы. Конструкция поддонов 8 эффективно используется при передвижном каркасе 5. В случае стационарного каркаса 5 целесообразно организовать уклоны в бетонном основании и приямки для сбора рапы, из которых с помощью насоса она откачивается в накопительные емкости, или выставить гибкий поддон из водонепроницаемого материала (например, толстой полиэтиленовой пленки) между стойками каркаса 5, закрепив этот гибкий поддон по периметру на стойках каркаса на небольшой высоте от основания для образования уклонов для сбора рапы внутри поддона.

После того как произведен отвод свободной воды из свежего добытого сапропеля и сбор рапы, каркас 5 на катках 6 перемещают в рефрижераторную камеру на проморозку сапропеля. Оставшаяся в сапропеле межмолекулярная влага, не поддающаяся фильтрации, подвергается замораживанию, в результате чего происходит разрыв межмолекулярных связей воды и твердых частиц сапропеля, и молекулы воды становятся свободными.

После полного промерзания сапропеля в рукаве 1 проморозку прекращают и каркас 5 с промороженным сапропелем в рукавах 1 перемещают из рефрижераторной (морозильной) камеры в камеру разогрева, где производят оттаивание и сушку сапропеля. Можно производить оттаивание сапропеля в морозильной (рефрижераторной) камере, изменив режим проморозки на режим оттаивания, однако такой процесс будет более длительным, поскольку нужно потратить дополнительную энергию на нагрев самой камеры. Наиболее рационально с энергетической точки зрения иметь две камеры, одна из которых работает только на проморозку, а другая только на оттаивание.

Под действием плюсовых температур сапропель в рукавах 1 оттаивает, и влага, освободившаяся от межмолекулярных связей, фильтруется между частицами сапропеля и вытекает из него через стенки рукава 1, собирается в поддоне 8 и отводится в накопительные емкости (не показаны).

После выхода межмолекулярной влаги из оттаявшего сапропеля и его подсушки объем сапропеля в рукавах 1 значительно уменьшается в объеме, а влажность оставшегося в рукаве 1 сапропеля составляет 60%.

Промороженный сапропель такой влажности не обладает вязкостью, имеет ярко выраженную зернистую структуру, становится рассыпчатым, и при открытии днища 2 легко высыпается из рукава 1. При выгрузке сапропеля из рукава 1 каркас 5 перемещают и устанавливают над приемником 10 транспортера, с помощью которого можно производить подачу сапропеля в кузов транспорта или на линию упаковки или на дальнейшую сушку и гранулирование. Или рукав 1 за петли 4 с помощью подъемного устройства (крана, например) снимают с каркаса 5 и производят выгрузку сапропеля в кузов автотранспортного средства.

В случае использования стационарного каркаса 5 после оттаивания сапропеля, его обезвоживания до 60% влажности, под днище 2 рукава 1 подводится приемник передвижного транспортера, днище 2 открывается и рассыпчатый сапропель поступает в приемник 10 передвижного транспортера, с помощью которого производят подачу сапропеля на линию упаковки или на дальнейшую сушку и гранулирование, или в транспортное средство.

Возможна выгрузка обезвоженного сапропеля из рукава 1 в кузов транспортного средства. Для этого необходимо обеспечить высоту размещения днища 2 рукава 1 над бетонным основанием, достаточную для перемещения транспортного кузова под днищем 2 или использовать подъемное средство.

Преимущество данного способа и устройства состоит в следующем:

- при использовании рефрижераторных камер для заморозки - оттаивания процесс обезвоживания не зависит от погодных условий;

- цикл заморозка - оттаивание происходит не один раз в год, а несколько десятков раз в год, что позволяет резко повысить производительность производства и сократить количество используемых рукавов за счет их многократного использования;

- накопительные емкости, выполненные в виде вертикальных рукавов, подвешенные на подвижном каркасе, позволяют многократно использовать накопительные емкости, получать высококачественный продукт, чистый, повысить культуру производства;

- проморозка в рефрижераторных камерах обеспечивает проектную производительность производства при высоком качестве продукции, не зависящих от погодных условий.