СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВЫБРОСАМИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК A01B13/16 A01B49/02 A01B79/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для обеззараживания верхнего слоя почвы, загрязненной выбросами промышленных предприятий, уничтожения сорной растительности, стимуляции прорастания семян, находящихся в почве и природоохранных мероприятий, исключающих процессы водной эрозии на склоновых участках и в контурном (ландшафтном) земледелии.

Известен способ обработки почвы, включающий рыхление пахотного и подпахотного слоев и образование в подпахотном слое щелей, в котором, с целью увеличения глубины плодородного слоя за счет неплодородного путем создания благоприятных условий для развития корневой системы растений в подпахотном слое, щели в вертикальном сечении выполняют ромбовидной формы и принудительно заполняют их почвой плодородного слоя, а межщелевое пространство рыхлят; при принудительной обработке почвы образование щелей проводят каждый раз в различных направлениях (SU, авторское свидетельство 873909. М.кл.³ А 01 В 79/00. Способ обработки почвы / П.И. Зайцев. Заявлено 22.02.1978, опубликовано 23.10.1981).

К недостаткам анализируемого способа обработки применительно к решаемой проблеме относятся малый объем щели и технические трудности подачи верхнего слоя мощностью до 10 см для его захоронения на глубину 0,7-1,0 м.

Известен также способ борьбы с эрозией почвы на склонах, включающий рыхление почвы поперек склона с образованием щелей и надгорных гребней, в котором, с целью уменьшения возможности смыва почвы за счет увеличения водопоглощающей способности щели, часть надгорного гребня перемещают вверх по склону с образованием в местах выемки почвы из гребня водоотводных канальцев.

Этот способ реализуют устройством для борьбы с эрозией почвы на склонах, включающим раму и рыхлительные зубья, в котором, с целью уменьшения возможности смыва почвы за счет увеличения водопоглощающей способности щели, устройство снабжено за и между рыхлительными зубьями шарнирно закрепленными на раме скребками, верхними концами контактирующими с приводной винтовой поверхностью, в которой на торцевой ее части выполнена радиальная прорезь (SU, авторское свидетельство 1147256. М.кл.⁴ А 01 В 13/16. Способ борьбы с эрозией почвы на склонах и устройство для его осуществления / Л.Г. Прпрян. Заявлено 10.07.1981, опубликовано 30.03.1985).

Несмотря на то, что производится рыхление верхнего слоя и поделка водопоглощающих щелей, загрязненный поверхностный слой почвы тяжелыми металлами равномерно распределяется во всем слое. Это затрудняет дальнейшее рекультивирование почвы в санитарно-защитной зоне, например, алюминиевого завода. Описанное устройство имеет сложную конструкцию и энергоемко.

Известен также способ противоэрозионной обработки почвы, включающий подрезание и оборот пласта с его разделением по горизонтам на две неравные части с укладкой верхней части на нижнюю стерней вверх, в котором, с целью повышения противоэрозионной эффективности путем создания валиков со стерневыми кулисами и борозд со стерневым покрытием, производят деление верхней части пласта по вертикали на две части, расположенную под ними нижнюю часть пласта обрабатывают без оборота.

Устройство для противоэрозионной обработки почвы для реализации этого способа, включающее раму с закрепленными на ней плужными корпусами, один из которых размещен под направляющим лотком, имеющим подрезной нож, в котором, с целью повышения противоэрозионной эффективности, оно снабжено делительными ножами, установленными перед подрезным ножом, плужный корпус, расположенный над направляющим лотком, выполнен безотвальным, при этом лоток снабжен встряхивающим механизмом, его передняя часть выполнена в виде ролинга, а задняя часть выполнена в виде сепарирующей решетки, которая соединена с встряхивающим механизмом (SU, авторское свидетельство 1060127. М.кл.³ А 01 В 13/16; А 01 В 79/00/ В.И. Курсин, А.А. Шварц. Заявлено 21.05.1982, опубликовано 15.12.1983).

К недостаткам данного способа относится то, что только часть верхнего слоя может быть заделана на глубину 0,10 - 0,25 см от поверхности поля. Этой глубины явно недостаточно для захоронения тяжелых металлов, накопленных в слое 0-10 см.

Часть этих недостатков устраняет орудие для противоэрозионной обработки почвы на склонах, включающее раму, на которой закреплены плужные корпуса и установленную перед ним фрезу с защитным кожухом, в котором, с целью улучшения защиты почвы от водной эрозии на склонах, защитный кожух снабжен установленными под углом одна к другой направляющими, на нижних роликах которых закреплены лемеха, а их задние концы имеют между собой зазор, причем вершина угла между направляющими размещена в промежутке между плужными корпусами; одна из направляющих имеет шарнирно установленное крыло с механизмом регулирования угла поворота (SU, авторское свидетельство 1066472. М.кл.³ А 01 В 49/02. Орудие для противоэрозионной обработки почвы на склонах /А.Д. Кормщиков. Заявлено 24.08.1982, опубликовано 15.01.1984).

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного комплексного изобретения, заключаются в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - рекультивация земельных угодий вокруг промышленных предприятий.

Технический результат в части способа - захоронение тяжелых металлов и других веществ, рассеянных выбросами промышленных предприятий, на поверхности почвы окружающей территории и близлежащих сельскохозяйственных угодий.

Технический результат в части устройства - повышение эксплуатационной и технологической надежности, снижение энергозатрат, сохранение плодородия верхнего слоя и исключение процессов водной и ветровой эрозий.

Указанный технический результат в части известного способа рекультивации почв, загрязненных выбросами промышленных предприятий, включающего фрезерование верхнего загрязненного слоя, открытие канавы, смещение и укладку верхнего слоя на дно канавы с последующим укрытием нижележащим слоем почвы и грунта, согласно изобретению часть фрезерованного верхнего загрязненного слоя смещают в бок, обнажая узкую полосу, производят послойное резание генетических почвенных горизонтов А, В, С, формируют узкую канаву без нарушения строения и перемешивания горизонтов и осуществляют их подъем над обнаженной полосой, на дно канавы принудительно транспортируют почвенную массу с растительными остатками и выбросами промышленных предприятий, укладывают в исходное положение упомянутые горизонты А, В, С, а затем их уплотняют.

Приведенный технический результат в части известного устройства, выключающего раму, на которой последовательно закреплены корпуса и установленные под углом одна относительно другой направляющие, на нижних кромках которых закреплены лемеха, а их задние концы имеют между собой зазор, причем вершина угла между направляющими размещена за парой стоек, согласно изобретению левая и правая стойки выполнены в зеркальном отражении, каждая из них имеет ярусно установленные ножи, причем одна из стоек снабжена смонтированным на ноже нижнего яруса подъемником почвенных горизонтов, при этом спереди стоек установлен отвал для удаления верхнего загрязненного слоя в боковом направлении, в направляющих смонтированы приводные шнеки для транспортировки загрязненного слоя, а консольные участки упомянутых шнеков на раме смонтированы спереди опорного катка.

За счет того, что верхний загрязненный тяжелыми металлами слой почвы подвергают рыхлению (фрезерованию известными почвенными фрезами), выполняют узкую канаву на предварительно расчищенной полосе, почвенную массу верхнего слоя укладывают на дно канавы глубиной 0,7-1,0 м, генетически ненарушенные почвенные горизонты возвращают в исходное положение и уплотняют, достигается приведенный выше эффект и технический результат.

Проведенный заявителями анализ уровня технологий, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителями не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" заявители провели дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образам из известного уровня технологий и техники, поскольку из уровня технологий и технических yстройств и средств, определенного заявителями, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение как в части способа, так и в части устройства для его осуществления соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен поперечный почвенный разрез участка, поверхность которого загрязнена выбросами промышленных предприятий.

На фиг.2 - то же, после фрезерования верхнего слоя, насыщенного тяжелыми металлами.

На фиг. 3 - вид А на фиг.2, процесс очистки части загрязненного слоя на предварительно обработанной полосе.

На фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3, процесс поделки узкой глубокой канавы и извлечения почвенных горизонтов А, В, С на дневную поверхность обрабатываемого массива.

На фиг. 5 показан процесс укладки верхнего загрязненною почвенного слоя на дно канавы.

На фиг.6 - сечение В-В на фиг.5, поперечное сечение канавы с уложенными на ее дно верхним загрязненным плодородным слоем без нарушения структуры горизонтов А, В и С в исходное положение.

На фиг. 7 - то же, после осадки прикатыванием горизонтов А, В, С и загрязненного слоя в узкой канаве.

На фиг. 8 схематично представлено устройство для захоронения верхнего почвенного слоя, загрязненного промышленными выбросами, вид в плане.

На фиг.9 - то же, вид сзади.

На фиг.10 в аксонометрическом изображении показан рабочий орган для послойного резания почвенных горизонтов А, В и С на глубину 0,6-1,0 м, стойка правая.

На фиг.11 изображен рабочий орган для резания и подъема почвенных горизонтов, левая стойка приведена в аксонометрии.

Сведения, подтверждающие возможность реализации данного изобретения, заключаются в следующем.

Способ рекультивации почв, загрязненных выбросами промышленных предприятий, реализуют следующим образом.

Растительный покров 1 (см. фиг.1) создает фон с ингредиентами цинка, меди, никеля, марганца, свинца, кадмия, кобальта, хрома, железа, алюминия и титана. Их концентрация и предельно допустимая концентрация подвижных форм даны в таблице. В верхнем слое 2 (0-3 см) и в горизонте А концентрация названных ингредиентов резко вырастает (см. таблицу). Для упрощения и механизации процесса захоронения загрязненного слоя 2 проводят фрезерование верхнего слоя на глубину до 10-12 см. Эту операцию выполняет агрегат, включающий трактор класса тяги 1,4 (МТЗ-80, МТЗ-100, последние модели тракторов Минского и Липецкого тракторных заводов) и комбинированный фрезерный культиватор КФК-2,0 с шириной захвата 2 м. После прохода агрегата верхний слой подвергается крошению до агрономически ценных почвенных агрегатов (размер почвенных комочков от 0,5 до 2-3 см).

Далее приступают к отрывке канавы 3 для захоронения верхнего слоя 2 (см. фиг. 4-7). Для исключения загрязнения почвенных горизонтов А (4), В (5), С (6) (см. фиг. 1-7) часть фрезерованного верхнего слоя 2 смещают в бок (см. фиг. 3 и 5), обнажая полосу 8. В полосе 8, очищенной от грязного слоя 2, формируют узкую канаву 3 без нарушения строения и перемешивания горизонтов А (4), В (5), С(6), их подъем над уровнем обнаженной полосы 8 (см. фиг.4). При подрезании и перемещении горизонтов А (4), В (5), С (6) происходит разрушение и рыхление почвенных агрегатов и монолитов грунта. Плотность сложения горизонтов А, В, С уменьшается. Между агрегатами и разрушенными монолитами образуются пустоты, заполненные воздухом. Затем производят смещение и укладку верхнего слоя 2 на дно 9 канавы 3. Для этого на дно 9 канавы 3 принудительно транспортируют, например, установленными под углом одна относительно другой направляющими 10 и 11 лемехами 12 и 13 на нижних кромках и приводными шнеками 14 и 15 с требуемой навивкой (см. фиг.5), почвенную массу с растительными остатками и выбросами промышленных предприятий. После этого укладывают в исходное положение упомянутые горизонты А (4), В (5), С (6). Таким образом, на дне 9 канавы 3 глубиной 0,7-1,0 м укладывают верхний слой 2 и производят последующее укрытие нижележащими слоями почвы и грунта. Разрыхленные почвенные горизонты А, В, С в канаве 3 уплотняют, например, водоналивными катками 3 КВГ-1,4, взаимно соединенными цугом. На полосе шириной 2 м по ее оси симметрии остается прищелевой вал 16. Вал 16 исключает поверхностный сток при выпадении ливневых осадков в летний период и при интенсивном снеготаянии в зимний (для условий Юга Российской Федерации) и весенний периоды. Ширину канавы 3 и ее глубину устанавливают с учетом количества подвижных форм металлов.

Дальнейшую обработку почвы и возделывание сельскохозяйственных культур осуществляют по рекомендациям, предлагаемым региональными НИИ сельскохозяйственного профиля.

Этот способ реализуют устройством для захоронения верхнего почвенного слоя, загрязненного промышленными выбросами.

Устройство (см. фиг. 8 и 9) содержит установленные на раме 17 опорные колеса 18 и 19, кронштейны навески 20, 21 и 22, корпуса 23 и 24. Корпуса 23 и 24 последовательно закреплены с возможностью переустановки на раме 17. Нa раме 17 установлены под углом одна относительно другой направляющие 10 и 11. На нижних кромках направляющих 10 и 11 закреплены отъемные износостойкие лемеха 12 и 13. Задние концы направляющих 10 и 11 и лемехов 12 и 13 имеют между собой зазор за счет разноски в бок и монтажа на балках рамы 17. Вершина угла между направляющими 10 и 11 размещена за парой стоек корпусов 23 и 24. Левая стойка корпуса 23 и правая стойка корпуса 24 выполнены в зеркальном отражении (см. фиг.8-11). Каждая из стоек корпусов 23 (24) имеет ярусно установленные ножи 25, 26, 27, 28, 29 и 30. Левая стойка корпуса 23 снабжена смонтированным на ноже 27 нижнего яруса подъемником 31 почвенных горизонтов А (4), В (5), С (6). Спереди на раме 17 стоек корпусов 23 и 24 установлен отвал 32 для смещения верхнего загрязненного слоя почвы в боковом направлении. Отвал 32 может быть выполнен с лево- и правосторонними лемехами 33 и 34 (см. фиг.8) или только правосторонним лемехом 35 (см. фиг.5).

В направляющих 10 и 11 смонтированы приводные шнеки 14 и 15 для транспортировки загрязненного слоя 2. Привод шнеков 14 и 15 осуществляется посредством ВОМ агрегатируемого трактора с частотой вращения 9 с^-1 (540 мин^-1), карданного телескопического вала, конического редуктора и открытых цепных двухрядных втулочно-роликовых передач с шагом 25,4 мм.

Консольные участки упомянутых шнеков 14 и 15 на раме 17 смонтированы спереди опорного катка 36. Три опоры (колеса 18 и 19 на передней части рамы 17 и два катка 36) обеспечивают устойчивое положение машины при выполнении технологического процесса на сложном рельефе сельскохозяйственных угодий, прилегающих к промышленным предприятиям.

Устройство при захоронении верхнего загрязненного слоя почвы работает следующим образом.

Раму 17 машину пальцами кронштейнов навески 20,21 и 22 соединяют с тягами гидронавесной системы тракторов класса тяги 4-5. После этого ВОМ трактора кинематически связывают с коническим редуктором привода шнеков 14 и 15. При перемещении тракторного агрегата на предварительно подготовленном массиве технологический процесс захоронения загрязненного слоя происходит следующим образом.

Левым лемехом 33 и правым лемехом 34 отвала 32 загрязненный верхний слой 2 смещается в бок. Этими действиями обнажается полоса 8 шириной больше чем ширина канавы 3. При установившемся движении ярусно установленные ножи 28 и 25, 29 и 26, 30 и 27 последовательно подрезают генетические почвенные горизонты А (4), В (5), С (6) на требуемую глубину (0,7-1,0 м). Вертикальные режущие кромки ножей 25-30 стоек корпусов 23 и 24 выполняют вертикальные разрезы, образуя плоские вертикальные стенки канавы 3. Подрезанные пласты 4-6 подъемник 31 приподнимает выше уровня верхнего горизонта А. При движении устройство для захоронения верхнего слоя, загрязненного промышленными выбросами, корпуса 23 и 24 своими ярусно установленными ножами 25 и 28, 26 и 29, 27 и 30 подрезают снизу почвенный горизонт А и грунт в горизонтах В и С. Режущие кромки на вертикальных участках корпусов 23 и 24 подрезают пласты по бокам канавы. Подрезанные пласты почвенных горизонтов А, B, С подъемником 31 при движении агрегата поднимаются над дном канавы. При подъеме горизонта С (6) над канавой 3 образуется пространство, достаточное для смещения слева и справа верхнего, загрязненного слоя почвы на дно 9 названной канавы 3. Подрезанные пласты по бокам канавы. Лемехами 12 и 13 направляющих 10 и 11 верхний разрыхленный почвенный слой 2 подается к шнекам 14 и 15. Почвенную массу шнеки 14 и 15 по направляющим 10 и 11 перемещают в канаву 3. Под напором витков шнеков 14 и 15 почвенная масса слоя 2 принудительно направляется на дно 9 канавы 3. Почвенные горизонты 6, 5 и 4 прикрывают слой 2 на дне 9 канавы 2. Верхний горизонт 4 прикатывают катком 36. Это образует вал 16, который исключает твердый сток почвы вместе с естественными осадками.

Таким образом, изобретение предназначено для использования в сельском хозяйстве при рекультивации верхнего слоя почвы, загрязненной выбросами промышленных предприятий, при этом устройство - почвообрабатывающую машину можно использовать и для обычной обработки склоновых земель для исключения процессов водной и ветровой эрозий; возможность осуществления изобретения достигается с помощью известных методов и средств; предложенный способ захоронения тяжелых металлов и их следов в верхнем корнеобитаемом слое обладает исключительно высокой эффективностью, достигаемой на всех стадиях обработки почвы, независимо от времени года и сезона; способ обработки почвы благоприятно влияет на почвообразовательные процессы как в верхнем горизонте, так и в нижних почвенных горизонтах; технический результат предложенного устройства для осуществления заявленного способа достигается при простоте конструкции, применении известных элементов с высокой технической надежностью и характеризуется широкими возможностями.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рекультивации почв вокруг промышленных предприятий. Способ предусматривает последовательное выполнение следующих операций. Сначала проводят фрезерование верхнего загрязненного слоя на глубину до 10 см. Далее открывают канаву. Верхний слой смещают и укладывают на дно канавы. Далее слой укрывают нижележащим слоем почвы. Часть фрезерованного верхнего слоя смещают в сторону, обнажая узкую полосу. В этой полосе производят послойное резание почвенных горизонтов, формируя узкую канавку с вертикальными стенками. Затем без перемешивания горизонтов осуществляется их подъем над обнаженной полосой. На дно канавы принудительно транспортируют загрязненную выбросами почвенную массу с растительными остатками. В канаву укладывают почву в исходное положение, почву не перемешивают. Далее засыпанную канаву уплотняют. Устройство для захоронения верхнего почвенного слоя, загрязненного выбросами промышленных предприятий, содержит опорные колеса, раму, на которой последовательно закреплены корпуса и направляющие. Направляющие установлены под углом одна относительно другой, на нижних кромках направляющих закреплены лемеха. Задние концы лемехов имеют между собой зазор. Вершина угла за направляющими размещена за парой стоек. Левая и правая стойки выполнены в зеркальном отражении. Каждая из стоек имеет ярусно установленные ножи. Одна из стоек снабжена смонтированным на ноже нижнего яруса подъемником для поднятия срезанных слоев. Спереди стоек установлен отвал для удаления верхнего загрязненного слоя в боковом направлении. В направляющих смонтированы приводные шнеки для транспортировки загрязненного слоя. Консольные участки для упомянутых шнеков на раме смонтированы спереди опорного катка. Применение изобретения позволит осуществить рекультивацию земельных угодий вокруг промышленных предприятий. 2 с.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

1. Способ рекультивации почв, загрязненных выбросами промышленных предприятий, включающий фрезерование верхнего загрязненного слоя, открытие канавы, смещение и укладку верхнего слоя на дно канавы с последующим укрытием нижележащим слоем почвы и грунта, отличающийся тем, что часть фрезерованного верхнего слоя смещают в сторону, обнажая узкую полосу, производят послойное резание почвенных горизонтов, формируют узкую канаву без нарушения строения и перемешивания горизонтов, осуществляют их подъем над обнаженной полосой, на дно канавы принудительно транспортируют фрезерованный верхний загрязненный слой, укладывают в исходное положение почвенные горизонты, а затем их уплотняют. 2. Устройство для захоронения верхнего почвенного слоя, загрязненного промышленными выбросами, содержащее раму, на которой последовательно закреплены корпуса и установленные под углом одна относительно другой направляющие, на нижних кромках которых закреплены лемеха, а их задние концы имеют между собой зазор, причем вершина угла между направляющими размещена за парой стоек корпусов, отличающееся тем, что левая и правая стойки выполнены в зеркальном отражении, каждая из них имеет ярусно установленные ножи, причем одна из стоек снабжена смонтированным на ноже нижнего яруса подъемником почвенных горизонтов, при этом спереди стоек установлен отвал для смещения в сторону верхнего загрязненного слоя, в направляющих смонтированы приводные шнеки для транспортировки загрязненного слоя, а консольные участки упомянутых шнеков смонтированы на раме впереди опорного катка.