Способ восстановления техногенно-нарушенных урбанизированных земель Российский патент 2024 года по МПК B09C1/00 C05F17/05 

Изобретение относится к области экологии и охраны окружающей среды и предназначено для восстановления техногенно-нарушенных урбанизированных земель.

Техногенно-нарушенные урбанизированные земли считают земли, утратившие первоначальную ценность и являющиеся источником отрицательного воздействия на окружающую среду. Основными причинами возникновения нарушенных земель являются: разработка месторождений полезных ископаемых, прокладка трубопроводов, ликвидация последствий загрязнения земель и проведение иных работ, связанных с нарушением почвенного покрова. К основным способам восстановления нарушенных территорий относятся техническая и биологическая рекультивация.

Из уровня техники известен «Материал для биологической рекультивации нарушенных земель» (RU 2546155, опубл. 15.04. 2015). Материал включает шлам содового производства и обезвоженный избыточный активный ил или смесь обезвоженного избыточного активного ила и осадка первичных отстойников после очистки городских хозяйственно-бытовых стоков. Обезвоженный избыточный активный ил представляет собой отход текущего выхода или отход, стабилизированный в естественных условиях от 1 года до 10 лет следующего состава, мас.%: органические вещества - 49-67, минеральные вещества - 33-51, в т.ч. общий азот до 5,7%, фосфор до 7,4%. Использован шлам содового производства мелкой фракции размером менее 0,5 мм, полученной в результате центрифугирования при скорости вращения 3800-4200 об./мин и времени центрифугирования 12-18 мин с pH водных вытяжек 8,2-8,5. Массовое соотношение шлама содового производства к обезвоженному избыточному активному илу или смеси обезвоженного избыточного активного ила и осадка первичных отстойников составляет 2:1-1:1.

Недостатком данного материала для биологической рекультивации является высокий уровень загрязнения иловых осадков. Осадки сточных вод могут содержать потенциально опасные компоненты - тяжелые металлы, органические загрязнители, патогены и другие фитотоксичные вещества, которые могут накапливаться в организмах и окружающей среде, препятствуя развитию и восстановлению почвенно-растительных участков, а также сложный компонентный состав, требующий центрифугирования шлама содового производства, что увеличивает стоимость готового продукта.

Данное техническое решение не учитывает возможность использования объемной георешетки наполненной искусственной почвосмесью способной быстро восстанавливать техногенно-нарушенные урбанизированные земли.

Известен «Способ укрепления склонов переувлажненных земель» (RU 2425474, опубл. 10.08.2011). Способ закрепления склонов переувлажненных земель, включающий посадку растений в почву склона, отличающийся тем, что посадку растений, например, влаголюбивых ивовых осуществляют черенками в гнезда-отверстия, выполненные как на склонах, так и на бровке перед переходом преимущественно горизонтальной поверхности почвы к склону при помощи, например, металлического стержня путем его вдавливания на глубину 20-30 см и образования в почве углубления с установкой в него черенка и последующим уплотнением почвы вокруг черенка, при этом углубления выполняют и устанавливают черенки под углом 70-90° к горизонтальной поверхности, создавая направленное развитие корневой системы высаженных растений.

Недостаток данного способа заключается в том, что он не предполагает рекультивацию почвы и направлен исключительно на укрепление склонов.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Способ создания почвенно-растительного покрова при рекультивации нарушенных земель» (RU 2484613, опубл 10.01.2013). Способ, включающий внесение на поверхность грунта отходов, минеральных удобрений и посев многолетних трав. При этом на поверхность грунта наносят отходы горнодобывающей промышленности слоем не менее 5 см, содержащие кальцит и/или гидросиликат магния. Вносят комплексные удобрения N₇₀P₇₀K₇₀, затем слоем до 1 см рассыпают вспученный вермикулит с гранулами до 4 мм, проводят посев смеси семян многолетних растений, поливают водой и покрывают полимерной пленкой, которую удаляют на 5-7-й день. В качестве отходов горнодобывающей промышленности используют также карбонатитовые отходы, или отсев оливинитовой руды, или серпентинитомагнезит. В качестве семян многолетних растений используют овсяницу красную, тимофеевку луговую, кострец безостый, волоснец песчаный в количестве 50-100 г/м². Полив водой проводят из расчета 5 л/м². Способ обеспечивает снижение трудоемкости технических и биологических работ по рекультивации нарушенных земель и озеленению городских территорий, утилизацию отходов горно-обогатительного комплекса, повышение эффективности формирования посевных культур фитоценозов и их долговременности, ускорение процесса рекультивации с созданием условий для ускоренного накопления элементов плодородия в нарушенном слое.

Недостатком данного решения является обязательное использование удобрений N₇₀P₇₀K₇₀ и вспученного вермикулита с гранулами до 4 мм, так как без этих условий сами компоненты не обеспечивают достаточный почвенно-растительный покров на рекультивируемой территории. Данный способ является дорогим, и предполагает использование отходов горнодобывающей промышленности.

Задачей изобретения является упрощение технологии быстрого восстановления растительного покрова на техногенно-нарушенных урбанизированных земель, без ограничения области применения, снижение стоимости материала и расширение сырьевых ресурсов для его получения при одновременном сокращении затрат на ее проведения в короткие сроки, путем заполнения объемной георешетки искусственной почвосмесью.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в более быстром в сравнении с аналогами и прототипом восстановлении растительного покрова техногенно-нарушенных урбанизированных земель путем заполнения объемной георешетки искусственной почвосмесью.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является сокращение сроков восстановления растительного покрова на техногенно-нарушенных урбанизированных землях без ограничения области применения при одновременном снижении стоимости материала за счет расширения состава сырьевых ресурсов для его получения.

Это достигается тем, что на техногенно-нарушенную поверхность урбанизированных земель наносится объемная георешетка при растяжении которой образуется структура из полых ячеек в которую засыпается искусственная почвосмесь с семенами растений, поливается водой и покрывают полимерной пленкой, которую удаляют при появлении дружных всходов. В состав искусственной почвосмеси входят суглинки, глины, цитрогипс (отход производства лимонной кислоты), зоокомпост черной львинки, растительные остатки в виде листьев и травы, отходы мокрой магнитной сепарации железной руды, песок при следующем содержании компонентов масс. %: глина 15-20, суглинки 15-20, цитрогипс 10-15, зоокомпост черной львинки 10-15, растительные остатки в виде листьев и травы 10-15, отходы мокрой магнитной сепарации железной руды 5-10, песок - остальное.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ восстановления техногенно-нарушенных урбанизированных земель отличается тем, что содержит объемную георешетку наполненную искусственной почвосмесью способной быстро восстанавливать техногенно-нарушенные урбанизированные земли.

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию изобретения «новизна».

Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники не подтвердило наличия в последних признаков, совпадающих с его отличительными признаками, или признаков, влияющих на достижение указанного технического результата. Это позволило сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».

Характеристика компонентов

Объемная георешетка предназначена для укрепления грунтов в дорожном строительстве и ландшафтном дизайне, это полимерные ленты, сваренные между собой в шахматном порядке, при растяжении объемной георешетки образуется структура из полых ячеек размер ячейки 220×220.

Состав искусственной почвосмеси

Известно, что в основу почвосмеси входят суглинки, глины, пески и органические вещества. Состав суглинков запесоченных, представлен в таблице 1. Химический состав глины представлен в таблице 2.

Цитрогипс - представляет собой побочный продукт производства лимонной кислоты, химический состав которого представлен в таблице 3.

Важным составляющим в создании искусственной почвосмеси является органическая часть (биокомпост), которая представлена переработанными органическими отходами личинки двукрылого насекомого черная львинка (зоокомпост) и растительными остатками в виде листьев и травы. Химический состав биокомпоста представлен в таблице 4 (зоокомпост) и таблице 5 (растительные остатки).

Побочные продукты мокрой магнитной сепарации представляют собой пустую породу процесса обогащения железной руды. Его химический состав приведен в таблице 6.

Химический состав песка представлен в таблице 7.

Важным условием приготовления искусственной почвосмеси является тщательное перемешивание исходных компонентов. Изготовление искусственных почвосмесей основано на механическом смешении неоднородных компонентов, которые могут значительно различаться по физическим, химическим и биологическим характеристикам, полученные исходные компоненты перемешивались при предварительном измельчении.

Компонентный состав искусственных почвосмесей представлен в таблице 8.

Способ восстановления нарушенных урбанизированных земель включает подготовку объемной георешетки, образующей структуру из полых ячеек, в которую засыпается искусственная почвосмесь для заполнения её ячеек (состав 1 таблица 8). 2 кг песка смешивается с 1,5 кг глины 1,5 кг суглинков в лопастной мешалке в течение 3-5 минут. Затем добавляется цитрогипс в количестве 1,5 кг, продукты мокрой магнитной сепарации в количестве 0,5 кг и зоокомпост чёрной львинки 1,5 кг, 1,5 кг растительных остатков в виде листьев и травы, предварительно измельченные в шнековой дробилке в течение 3-5 мин. Затем в полученную искусственную почвосмесь высевают семена эспарцета песчаного с последующей оценкой качественных показателей урожайности используемой почвосмеси и контрольного состава в полевом эксперименте.

Посеянный эспарцет песчаный срезали 10 августа 2023 года и определили его урожайность и высоту. Биологические показатели представлены в таблице 9.

Преимуществами полученного заявленным способом продукта являются:

1. Повышение биологических показателей посевов в сравнении с контрольной группой, а, следовательно, эффективность рекультивации.

2. Сокращение сроков восстановления техногенно-нарушенных урбанизированных земель.

3. Снижение стоимости материала для изготовления искусственной почвосмеси по предлагаемому способу.

4. Утилизация отходов, предотвращая их сжигание или размещение на полигонах твердых бытовых отходов, позволяющая снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду за счет их повторного вовлечения в технологический цикл, что способствует созданию мало- и безотходных технологий.

Изобретение относится к области экологии и охраны окружающей среды и предназначено для восстановления техногенно-нарушенных урбанизированных земель. Способ включает нанесение на техногенно-нарушенную поверхность искусственной почвосмеси с семенами растений, осуществление полива водой и покрытие полимерной пленкой, которую удаляют при появлении дружных всходов. При этом в состав искусственной почвосмеси входят суглинки, глины, цитрогипс, зоокомпост черной львинки, растительные остатки в виде листьев и травы, отходы мокрой магнитной сепарации железной руды и песок. Применяют объемную георешетку, образующую структуру из полых ячеек, в которую засыпают искусственную почвосмесь со следующим содержанием массовой доли компонентов, мас. %: глина – 15-20, суглинки – 15-20, цитрогипс – 10-15, зоокомпост черной львинки – 10-15, растительные остатки в виде листьев и травы – 10-15, отходы мокрой магнитной сепарации железной руды – 5-10, песок – остальное. Способ обеспечивает сокращение сроков восстановления растительного покрова на техногенно-нарушенных урбанизированных землях без ограничения области применения при одновременном расширении состава сырьевых ресурсов для его получения. 9 табл.

Способ восстановления нарушенных урбанизированных земель, включающий нанесение на техногенно-нарушенную поверхность искусственной почвосмеси с семенами растений, осуществление полива водой и покрытие полимерной пленкой, которую удаляют при появлении дружных всходов, при этом в состав искусственной почвосмеси входят суглинки, глины, цитрогипс, зоокомпост черной львинки, растительные остатки в виде листьев и травы, отходы мокрой магнитной сепарации железной руды и песок, применение объемной георешетки, образующей структуру из полых ячеек, в которую засыпается искусственная почвосмесь со следующим содержанием массовой доли компонентов, мас. %: глина – 15-20, суглинки – 15-20, цитрогипс – 10-15, зоокомпост черной львинки – 10-15, растительные остатки в виде листьев и травы – 10-15, отходы мокрой магнитной сепарации железной руды – 5-10, песок – остальное.