СПОСОБ И КОМПЛЕКС УТИЛИЗАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВ III-V КЛАССОВ ОПАСНОСТИ И ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В ПОЧВОГРУНТ С ПРИЗНАКАМИ ЧЕРНОЗЁМОВ Российский патент 2025 года по МПК B09C1/00 B09C1/10 

Область техники

Группа изобретений Способ и Комплекс относятся к области охраны окружающей среды, а именно к утилизации техногенных грунтов III-V классов опасности и побочных продуктов животноводства, органических отходов, в искусственный почвогрунт с качествами природных черноземов для дальнейшего применения в ландшафтном, строительном и сельскохозяйственном секторе.

Уровень техники Предпосылки создания предлагаемого изобретения.

При производстве строительных земляных работ или вскрыши месторождений, происходит глубинная выборка грунта. Верхний слой грунта в 15…50 сантиметров снимается с дополнительными требованиями в области природоохранного законодательства. Для этого среза выборки имеется отдельный термин в части инженерно-геологических изысканий - «почвенно-растительный слой» (ПРС) [1], который характеризуется содержанием гумуса, и включает в себя две разновидности: «потенциально плодородный слой» (ППС) и «плодородный слой почвы» (ПСП) [2]. Именно ПСП, снимаемый при проведении земляных и иных работ, связанных с нарушением поверхности почвы, подлежит сохранению посредством складирования на специально оборудованных площадках и в дальнейшем используется для рекультивации нарушенных земель, улучшения малопродуктивных земель, озеленения территорий. Более глубокие извлеченные породы залегания имеют плотную структуру и не обладают плодородием, они обобщаются термином «техногенный грунт» [3], являются отходом, требующим утилизации и возврата во вторичный оборот. Согласно размещенной информации [4] на территории Московской области в год образуется 50 млн.м³ строительных отходов, из которых 31 млн.м³ это чистые грунты, утилизация которых обязательна [5].

По данным ВНИИ органических удобрений и торфа (ВНИИОУ) [6], ежегодный объем ежегодного производства навоза и помета в России во всех категориях хозяйств составляет около 300 млн/т в физической массе, а к 2030 году их объем может увеличиться до 314 млн/т в год требуя постоянной переработки.

Согласно исследованиям, проведенным Центром энергетических исследований Нидерландов ECN [7], около 32,8 млн т органических отходов Нидерландов, собранных раздельно, ежегодно перерабатываются в компост на заводах в европейских странах. Более 90% пищевых и зеленых отходов перерабатывается в компост. Переработанные навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, при этом сокращается нагрузка на грунтовые воды.

Исходя из этого, группа заявленных изобретений по утилизации и рециклингу техногенных грунтов и органических отходов может считаться значимой и актуальной, в том числе на международном рынке услуг.

Наиболее распространенным известным способом рекультивации отвалов грунтов является - насыпание почвенного слоя с предварительным выращиванием почвоулучшающих культур [Л.В. Моторина «Опыт рекультивации нарушенных промышленностью ландшафтов в СССР и зарубежных странах. Обзорная информация» ВНИИТЭИСХ, 1975, Приложение №1, стр. 65].

Данный способ не является переработкой отхода, утилизацией или рекультивацией тела отвала с возвращением на вторичное использование, а лишь изолирует отвал поверхностным слоем плодородной почвы от окружающей среды.

Известен способ получения техногенного почвогрунта и техногенный почвогрунт (патент 2497784), включающий смешивание илового осадка с порошкообразным низинным торфом, введение природного грунта, твердофазную ферментацию, фракционирование, отличающийся тем, что в качестве илового осадка используют иловый осадок станций водоподготовки, имеющий влажность не выше 75% и измельченный до фракции 5-7 мм, который предварительно смешивают с низинным торфом с влажностью не выше 50% при массовом отношении иловый осадок: низинный торф, равном 1:(1,7-1,8), после чего осуществляют ферментацию смеси путем ее компостирования в буртах при периодическом ворошении и перемешивании с получением биокомпоста с влажностью 50-55%, производят подсушку полученного биокомпоста до влажности 20-25% и смешивают его с котлованным грунтом на основе покровных и аллювиальных суглинков и флювиогляциальных песков из расчета массового отношения котлованного грунта к введенному для получения биокомпоста иловому осадку станций водоподготовки, равного (2,2-2,3):1. Способ 2 отличающийся тем, что в смесь для ферментации дополнительно вводят аммиачную селитру и/или мочевину в количестве 0,5-0,8% и двойной суперфосфат или фосфогипс в количестве 0,5-1,0%. Способ 3 отличающийся тем, что ферментацию проводят в течение 60-75 суток. 4. Техногенный почвогрунт, полученный способом, охарактеризованным в пп. 1-3, содержащий котлованный грунт в количестве 44-46 в мас. % и биокомпост, представляющий собой ферментированную смесь низинного торфа и илового осадка станций водоподготовки - остальное. Данный способ принят за аналог.

Признаки аналога способа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - поступление на утилизацию котлованного грунта и илового осадка, включен процесс ферментации, получение почвогрунта.

Недостатком данного аналогичного способа является отсутствие входного контроля сырья и последующего расчета рецептур с учетом полученных данных, получение огнеопасного почвогрунта ввиду наличия в составе около 40% торфа по массе, подверженность ветровой эрозии получаемого почвогрунта, длительный срок ферментации в 60-75 суток, входящий в состав смеси низинный торф на воздухе быстро окисляется, сохнет и теряет свои питательные свойства и органические вещества.

Известен способ утилизации пород отвалов (патент 2730233) характеризующийся тем, что последовательно выполняют следующие шаги: а) утилизируемую породу подвергают рыхлению с последующим удалением непригодных для утилизации включений посредством просеивания, б) смешивают подготовленную таким образом породу с торфогелем из расчета на 1 м³ породы до 60-70 л водного раствора торфогеля при механическом перемешивании смеси, в) смесь сушат до образования монолитной массы с последующим ее дроблением до образования структурных фракций конструктозема размером не более 7-10 мм. Способ 2 отличающийся тем, что при формировании смеси на шаге б) дополнительно вводят биодобавки в количестве, определяемом гранулометрическим составом породы и уровнем ее кислотности. Способ 3 отличающийся тем, что механическое перемешивание смеси осуществляют до полного впитывания торфогеля в породу.

Данный способ принят за аналог.

Признаки аналога способа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - поступление на утилизацию техногенного грунта в виде пород отвалов, просеивание и техническая утилизация, перемешивание смеси, внесение жидкой биологической добавки и торфогеля.

Недостатком данного аналогичного способа являются отсутствие входного контроля, высокие энергетические затраты на сушку всего замеса получаемого объема отвалов и растворов в специальных агрегатах с использованием нагретого до 60-75 градусов воздуха, около 15-20% замеса не смачивается торфогелем и не обрабатывается, требуется последующее измельчение до фракции размера 7-10 мм всего высушенного материала, при сушке воздухом и измельчении требуется многоступенчатая циклонная и рукавная воздухоочистка, при сушке с использованием нагретого до 60-75 градусов воздуха происходит пастеризация образовавшейся биофлоры.

Известен способ производства органического удобрения (заявка на изобретение 2022107735) характеризующийся тем, размещают отходы iii-iv классов опасности, влажность которых не превышает 75%, на оборудованных площадках в открытых буртах; вносят в отходы iii-iv классов опасности посредством опрыскивания оборудованием микробиологический препарат марки "Экотерра", характеризующийся тем, что площадка в открытых буртах оборудована согласно санитарно-эпидемиологическим требованиям к сбору, накоплению, транспортированию, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов производства и потребления, характеризующийся тем, что при размещении отходов в открытых буртах добавляют инертные наполнители, характеризующийся тем, что ширина бурта составляет от 4 м до 4,5 м, а длина бурта от 100 м до 250 м, характеризующийся тем, что внесение наполнителей в процессе формирования бурта осуществляется в следующем порядке: на влагопоглощающий материал послойно в заранее заданных соотношениях сгружают отходы iii-iv класса опасности и местный наполняющий компонент; смешивают двухслойную органическую массу и формируют в бурт треугольной формы на основании методических рекомендаций РД-АПК1.10.15.02-08, характеризующийся тем, что микробиологический препарат "Экотерра" вносят 3 или 4 раза с интервалами между внесениями 10-14 дней в количестве 12-15 л на 1 м2 поверхности бурта или 1 м³ препарата на 8-10 м³ обрабатываемого субстрата. Данный способ принят за аналог.

Признаки аналога способа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - поступление на утилизацию отходов iii-iv классов опасности, внесение микробиологического препарата, формирование буртов.

Недостатком данного способа являются отсутствие в способе входного контроля поступающих сырьевых отходов III-IV класса опасности, а именно радиационного, химического, микробиологического контроля, и определения наличия примесей нефтепродуктов, также отсутствует стадия технической подготовки и утилизации сырьевых отходов III-IV класса опасности и инертных наполнителей на предмет магнитной сепарации и просеивания для извлечения камней, строительного боя и остатков, также классификации и сортировки содержащихся неспецифических отходов подлежащих утилизации специализированными организациями (резинотехнические изделия, элементы питания, пластик), также без прохождения магнитной сепарации и просеивания строительных остатков поступающих с отходами III-IV класса опасности могут происходить поломки и заклинивание применяемого механизированного оборудования опрыскивания и ворошения, а также травмоопасности задействованных сотрудников производства, также применен микробиологический препарат марки "Экотерра" предназначенный для компостирования органики, но не активный для биоремедиации нефтепродуктов, также применяется компостирование и формируются компостные бурты шириной от 4 м до 4,5 м, что значительно продлевает сроки вызревания смеси в сравнении с процессом ускоренной ферментации, также при послойном перемешивании на влагопоглощающем материале двухслойной органической массы отходов III-IV класса опасности не произойдет гомогенного перемешивания и активации всей массы, также не ведется контроль технологических параметров процесса в буртах компостирования от аналитических приборов, а указаны пространственные показатели о внесении 3 или 4 раза с интервалами между внесениями 10-14 дней, что существенно влияет на качество компостирования, оборачиваемости полей компостирования и производительности процесса, также отсутствует выходной фракционный, химический и микробиологический контроль, определения содержания нефтепродуктов в получаемом продукте - органическом удобрении, для проверки его параметров и принятии решения о соответствии понижения класса опасности поступивших отходов с III-IV класса до безопасных характеристик органического удобрения, также не определен порядок работы данного способа при получении некондиционной продукции.

Известен способ получения почвогрунта (патент 2734674) характеризующийся тем, что почвогрунт, содержащий торф и песок, отличающийся тем, что дополнительно содержит водопроводный осадок и пыль хлопка при следующем соотношении компонентов: водопроводный осадок 19,5-28,5%, хлопковая пыль с кондиционной влажностью от 1,3 до 3,5% и объемным весом 0,09 г/см³ 0,5-1,5%, карьерный или речной песок с основной фракцией 1-2 мм 30-40%, низинный луговой торф остальное. Способ 2 характеризующийся тем, что предварительно водопроводный осадок обезвоживают до влажности 90%, смешивая с пылью хлопка.

Данный способ принят за аналог.

Признаки аналога способа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - поступление на утилизацию техногенного грунта в виде карьерного или речного песка, водопроводного осадка, получение почвогрунта.

Недостатком данного способа являются отсутствие входного контроля сырья, применение в рецептуре торфа и хлопковой пыли, что повышает огнеопасность произведенного почвогрунта и его подверженность ветровой эрозии, водопроводный осадок в зависимости от сезонности может иметь значительные превышения по содержанию алюминия, металлов и нефтепродуктов, поэтому требуется постоянный входной контроль сырья и расчет вносимых доз сырья к каждому замесу, не обеспечено внесение реагентов или биопрепаратов микроорганизмов приводящих к деградации загрязнений нефтепродуктами.

Наиболее близким известным способом является комплексная переработка смешанных твердых отходов (патент 2772178), включающий приемку, экспресс-контроль, распределение исходного сырья на два потока по агрегатному состоянию и по видам происхождения, переработку первого потока сырья в виде отходов строительства и сноса IV и V классов опасности, механическую сортировку по сфере использования, выделение металлических включений как вторичного продукта утилизации, раздельную переработку приемов фрагментации, грохочения, дробления и измельчения с получением востребованных вторичных продуктов переработки в виде щебеня вторичного в трех фракциях, полимерного сырья и щепы древесины. Переработка второго потока сырья в виде сыпучих отходов грунта III, IV, V классов опасности включает разделение грунта по классам опасности, раздельное просеивание, при котором выделенные крупные включения и мусор направляют в первый поток, смешивание каждого разделенного грунта с компонентами с получением двух востребованных механических смесей. При этом первую смесь получают при смешении грунтов III и V классов опасности, сорбента и щебня вторичного с мелкой фракцией с первого потока, а вторую смесь -грунтов V и IV классов опасности, щепы древесины с первого потока, сорбента и органических отходов.

Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа способа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - поступление на утилизацию отхода в виде строительного грунта III-V классов опасности, входной контроль инертного сырья, наличие процесса технической утилизации инертного грунта с использованием процессов грохочения, просеивания, получение продукта в виде щебня, смешение меньшей инертной фракции с органическими отходами с получением механической смеси.

Недостатком прототипа способа является отсутствие входного контроля и экспресс-контроля за поступающими иловыми осадками и органическими отходами агропромышленного комплекса имеющими повышенный класс опасности, где важно контролировать входное содержание нефтепродуктов, осуществить химический и микробиологический анализ сырья, отсутствие технической утилизации иловых осадков и органических добавок методом магнитной сепарации, грохочения и просеивания от крупного щебня и строительного боя, выделения отходов в виде резинотехнических изделий для последующего их обеззараживания и дезинфекции, размещения на площадках временного хранения и передачи на утилизацию специализированным организациям. Ввиду не постоянности химического состава илового осадка и отходов агропромышленного комплекса по содержанию металлов и примесей, требуется расчетная рецептура внесения концентраций органических компонентов в механическую смесь, а не усредненная пропорция 9:1. Осуществлено смешивание без требуемой и должной обработки крупных включений отхода более высокого III класса опасности Потока 2 с отходами IV-V класса Потока 1. По вторичному щебню 20-40 мм и 40-80 мм не учтена его дезинфекция и обработка от нефтепродуктов, а применяемый в технологии сорбент глауконит не очищает сыпучие отходы от присутствующих нефтепродуктов или креозотов, не разлагает или нейтрализует загрязнения нефтепродуктами, а сорбционно связывает на себе токсичные вещества, из-за чего остается опасность дальнейшей миграции загрязнений нефтепродуктов в окружающую среду.

Известно устройство технологическая линия получения органоминеральных удобрений (патент 2420500) для осуществления способа получения органоминеральных удобрений, содержащая бункеры, конвейеры, измельчители, бункеры-дозаторы, смесители, кавитационные диспергаторы, емкости, характеризующаяся тем, что она содержит линию получения гуматов быстрого и пролонгированного действия, линию подготовки лигноцеллюлозного сырья, линию подготовки свиного навоза и птичьего помета, линию ферментации лигноцеллюлозного сырья, свиного навоза и птичьего помета, линию приготовления органоминеральной суспензии, причем линия получения гуматов быстрого и пролонгированного действия содержит приемное устройство с решеткой, конвейер подачи каустобиолитов, бункер дробилки, дробилку, конвейер подачи измельченных каустобиолитов, бункер-дозатор измельченных каустобиолитов, дозатор воды, дозатор щелочи, дозатор кислот, смеситель, кавитационный диспергатор, емкость для хранения и выдачи гуматов быстрого действия, емкость для хранения и выдачи гуматов пролонгированного действия, насос для выдачи гуматов, бункер-дозатор для внесения в жидкие гуматы минеральных удобрений, бункер-дозатор для внесения в жидкие гуматы микроэлементов, линия подготовки лигноцеллюлозного сырья содержит приемный бункер, конвейер для подачи лигноцеллюлозного сырья, бункеры-дозаторы, бункер измельчителя, измельчитель лигноцеллюлозного сырья, конвейер подачи измельченного сырья на линию ферментации или на линию приготовления органоминеральной смеси, бункеры-дозаторы измельченного лигноцеллюлозного сырья, линия подготовки свиного навоза и птичьего помета содержит приемный бункер, винтовой конвейер, бункер измельчителя, измельчитель, винтовой конвейер подачи измельченного навоза и помета, бункеры-дозаторы измельченного навоза и помета, линию приготовления органоминеральной суспензии и линию ферментации, линия ферментации лигноцеллюлозного сырья, свиного навоза и птичьего помета содержит бункер-дозатор измельченного навоза и помета, дозатор воды, емкость для выращивания термофильных бактерий, емкость для ферментации лигноцеллюлозного сырья, емкость для ферментации свиного навоза и птичьего помета, кавитационные диспергаторы-ферментаторы лигноцеллюлозного сырья, навоза и помета, бункер-дозатор навоза и помета, линию приготовления органоминеральной суспензии, которая содержит бункеры-дозаторы измельченного лигноцеллюлозного сырья, дозатор воды, дозатор гуматов, дозатор минеральных удобрений N, Р, K, бункер-дозатор измельченного свиного навоза и птичьего помета, смеситель, кавитационный диспергатор, установку для вакуумного обезвоживания органоминеральной суспензии, конвейер выдачи обезвоженной суспензии на линию гранулирования, конденсатор, сборник конденсата, вакуумный насос.

Данное устройство принято за аналог.

Признаки аналога устройства, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - использование технологической линии для осуществления промышленного процесса, применение оборудования подготовки свиного навоза и птичьего помета, наличие линии ферментации, насосов, дозаторов воды, приемных бункеров, конвейеров, бункеров-дозаторов, смесителей, емкостей для выращивания термофильных бактерий.

Недостатком данного аналога устройства является отсутствие химического и микробиологического контроля качества входящего сырья, которое может содержать примеси нефтепродуктов и превышения по содержанию тяжелых металлов и поллютантов, что существенно повлияет на качество конечного продукта после кавитационного воздействия, также кавитация производит расслоение фракций на донную и пенную часть и их последующая обработка станет энергозатратна, требуется нагрев водных растворов смесей до 75-90°С и обезвоживание получаемой органоминеральной суспензии с применением вакуума, что не энергоэффективно и затратно, при нагреве до 75-90°С погибает полезная микрофлора, на разных стадиях применяются щелочные растворы и смеси кислот, что вовлекает в работу сторонние химические реагенты с повышенным классом опасности, требуются кавитаторы с тремя зонами кавитационной обработки, которые сложны в изготовлении и в обслуживании, из-за чего данное устройство имеет сложное техническое исполнение и высокие энергетические затраты.

Известно устройство биоферментер для обеззараживания побочных продуктов птицеводства и животноводства в виде птичьего помета и сепарированного навоза (патент 2794801), содержащий теплоизолированное помещение с загрузочными воротами и с встроенными в пол перфорированными вентиляционными каналами, подсоединенными к периодически включаемому с помощью системы автоматики напорному центробежному вентилятору системы подачи воздуха, отличающийся тем, что он оснащен двумя автономными контурами подогрева, при этом первый контур оборудован канальным вентилятором, подключенным параллельно напорному вентилятору системы подачи наружного воздуха, и электрическим канальным нагревателем, установленным на линии подачи воздуха в перфорированные вентиляционные каналы, а второй контур подогрева расположен на полу ферментера вблизи загрузочных ворот.Данное устройство принято за прототип.

Признаки прототипа устройства, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - использование устройства в котором происходит ферментационная обработка органического отхода, применяется органическое сырье в виде помета и навоза, осуществляется автотранспортная закладка ферментируемой массы.

Недостатком данного прототипа являются высокие капитальные затраты на возведение теплоизолированной несущей конструкции с загрузочными воротами и встроенными в пол перфорированными вентиляционными каналами, требуется приточная система подачи воздуха, в период стояния отрицательных температур необходимо подготавливать наружный воздух электрообогревателями и нагревать пол для развития аэробной микрофлоры внутри ферментируемой массы, что значительно повышает себестоимость продукции и эксплуатационные затраты, производительность биоферментера напрямую зависит от полезного объема камеры, в составе ферментируемой массы имеется торф, который может быть огнеопасен в условиях городов при ландшафтном применении и в условиях жаркого климата, без связывания с крупной инертной фракцией получаемый продукт подвержен резкой ветровой эрозии.

К общим недостаткам вышеперечисленных способов и устройств аналогов и прототипов можно отнести отсутствие входного весового и радиационного дозиметрического измерения, контроля сырья на химические и микробиологические показатели, на наличие антибиотиков и нефтепродуктов, низкую автоматизацию входного контроля сырья, управлением технологического процесса и расчетом рецептур смесей. Применение процесса компостирования значительно продляет сроки вызревания получаемых почвогрунтов в сравнении с процессом ферментации, чем значительно снижается оборот полей вызревания и снижается производительность. Не определен выходной контроль готовой продукции, принцип определения факта снижения опасности отхода III-V классов и место его проведения, а также не указан способ дальнейшей утилизации некондиционной, бракованной, произведенной продукции. Таким образом, необходима не только эффективная организация процесса, то есть Способа, но и эффективное техническое решение перечня узлов и агрегатов Комплекса.

Раскрытие сущности изобретения Технические задачи и цель заявляемой группы изобретений:

1) Целью является создание автоматизированного технологичного производства по утилизации и рециклингу отходов техногенных грунтов III-V классов опасности и органических отходов, где в качестве сырьевых отходов также могут применяться побочные продукты животноводства (ППЖ) в виде навоза крупного рогатого скота, птичьего помета, грунтов загрязненных нефтепродуктами или креозотом, обезвоженного канализационного кека или ила, пищевых отходов, буровых шламов, нефтешламов, донных отложений, донного грунта, грунта после выжигания нефтепродуктов, отходов сноса зданий или сооружений, гидролизных лигнинов, сульфитных лигнинов, золошлакоотвалов тепловых электростанций, металлургических шлаков.

2) Задача первая, состоит в создании экологически чистого, экономичного и высокопроизводительного промышленного Способа получения из заявленных отходов продукта рециклинга, в виде искусственного негорючего гумус содержащего почвогрунта с заданными качествами микрофлоры природных черноземов, устойчивого к ветровой эрозии и пригодного для дальнейшего применения в ландшафтном, строительном, рекультивационном, тепличном и сельскохозяйственном секторе.

3) Задача вторая, состоит в создании Комплекса, который своим конструктивом, набором типового оборудования, режимами работы и уровнем автоматизации, реализует требуемый Способ.

Технический результат заключается в улучшении экологической ситуации, возврате отходов в оборот, снижении сроков и затрат на утилизацию, восстановлении площадей нарушенных плодородных почв, создании промышленного производства и снижении выпуска некондиционной продукции.

Технический результат достигается, а указанные задачи и цель выполняются за счет того, что в заявленной группе изобретений учтены недостатки приведенных аналогов и прототипов, созданы заявленные Способ и Комплекс для утилизации техногенных грунтов и органических отходов в продукт рециклинга - почвогрунт, с требуемыми характеристиками. Известные аналоги и прототипы не реализовывают комплексного требования получения конечного продукта в виде искусственного негорючего гумус содержащего почвогрунта с заданными качествами микрофлоры природных черноземов и устойчивости к ветровой эрозии. Также, опытно определено, что без соответствующего уровня автоматики, управления и автоматизации процесса, невозможно достичь промышленной производительности, контроля качества и модулирования требуемых характеристик конечного продукта.

Совокупность существенных признаков, обеспечивающих получение технического результата, приведена ниже.

В основу изобретения положены следующие идеи и отличительные признаки, а именно - в заявленном Способе и Комплексе объединены принципы технической, биологической и ферментационной утилизации отходов техногенных грунтов III-V классов опасности и органических отходов и побочных продуктов животноводства с совместным внесением искусственно выращенных микробиологических комплексов и штаммов под контролем отдельного, выделенного технологического элемента - вычислительного центра АСУ ТП, включающего автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП). Производится ускоренная ферментация замесов на поле вызревания путем расчетного дополнительного внешнего внесения требуемого количества микробиологических комплексов с учетом содержания в исходных отходах нефтепродуктов и количества антибиотиков. Система АСУ ТП программным аппаратом вычислительного центра определяет требуемый фракционный размер почвогрунта, пересчитывает предельные содержания в сырьевых отходах металлов и примесей как природного, так и техногенного происхождения, для последующего получения требуемого усреднения концентраций, чтоб конечный продукт соответствовал заданиям оператора или соответствия санитарно-эпидемиологическим нормам и ГОСТам на выпускаемую продукцию. Используя технологию ускоренной ферментации, происходит повышение оборачиваемости поля выдержки и ферментации, чем существенно увеличивается производительность производства. Процесс компостирования отходов имеет больший срок вызревания в сравнении с примененным в заявленном Способе процессом ферментации, а путем внешнего внесения дополнительных микробиологических комплексов в Способе еще более ускоряется процесс ферментации и в почвогрунте формируются качества черноземов и требуемое содержание гумуса, чем повышается плодородие и биодоступность конечного продукта. В сырье, содержащее нефтепродукты, предварительно вносятся микробиологические комплексы, содержащие углеводородокисляющие штаммы бактерий, которые начинают работать в расходных отвалах еще до этапа основного внесения микробиологических комплексов при гомогенном замесе смеси, согласно рецептур. Опытным путем подтверждено, что формирование длинных буртов на поле ферментации с сечением в форме треугольника со сторонами по 1,5 метра обеспечивает оптимальный баланс работы аэробных и анаэробных грамположительных и грамотрицательных бактерий, термофильных и мезофильных процессов, биоремедиации нефтепродуктов, подавления патогенов, формирования гумуса и микрофлоры естественных реликтовых черноземов с дополнительным внесением композиций почвенных водорослей, грибов групп фикомицетов, аскомицетов, базидиомицетов и дейтеромицетов, истинных споровых и неспоровых бактерий, актиномицетов и миксобактерий, бактериофагов и дрожжей, спор, азотфиксирующих бактерий. Внесением органических субстратов разрыхляется получаемый почвогрунт и улучшается его аэрация. Полевыми приборами снимаются технологические параметры температур и состава газов в буртах в режиме реального времени, данные обрабатываются и архивируются системой АСУ ТП, рассчитывается ход ферментации в буртах, модулируются процессы и сроки вызревания с учетом прогнозов синоптики на ближайшее время, на основании чего формируется задание на производство периодического механизированного ворошения буртов и внесения требуемого увлажнения или добавок. Конечный продукт в виде искусственного почвогрунта проходит выходной химический и биологический контроль на определение остаточного содержания нефтепродуктов, в том числе внесением дождевых червей в пробу, как индикаторов плодородия и биоокультуренности почвы, и после этого принимается решение о снижении III-V классов опасности отхода с получением искусственного почвогрунта. Данным способом предусмотрена последующая дополнительная модификация полученного почвогрунта путем внесения требуемых добавок, или проведения вермикомпостирования почвогрунта внесением червей, либо личинок, или обработки полученного почвогрунта паром для последующего применения в тепличном хозяйстве. В случае получения на выходе процесса некондиционного почвогрунта, он возвращается в начало процесса, как сырьевой отход с известными характеристиками и параметрами, для повторной утилизации в основном процессе.

В ходе утилизации вышеперечисленных отходов получается искусственный почвогрунт с признаками черноземов с требуемым содержанием гумуса и характерной микрофлоры, он не горюч благодаря исключению торфов из рецептуры, не значительно подвержен ветровой эрозии из-за использования в качестве основы 60-90% инертного фракцией 0-10 мм. Возможен выпуск различных модификаций искусственного почвогрунта по функциональному назначению, это планировочный почвогрунт в виде усредненного, глинистого, песчаного и щебенчатого типа, это плодородный почвогрунт в виде ландшафтного, сельскохозяйственного и концентрированного типа, это почвогрунт тепличного типа, это специальный почвогрунт в виде пересыпного почвогрунта для полигонов ТКО, это специальный почвогрунт, произведенный согласно требований задания, или с применением вермикомпостирования.

Исходя из вышеприведенных идей, включенных в заявленную группу изобретений Способа и Комплекса и проведенных натурных испытаний, результаты которых лабораторно подтверждены, реализуются поставленные Задачи и Цель.

Заявленным Способом и Комплексом реализована Цель по созданию автоматизированного технологичного производства по утилизации и рециклингу отходов техногенных грунтов III-V классов опасности и органических отходов, а также других приведенных выше отходов. Комплекс представляющий собою земельный участок профильного назначения, включающий в себя административно-бытовой, производственный и транспортно-складской сектор, на которых применяют совместно способы технической, биологической и ферментационной утилизации отходов под управлением вычислительного центра с интегрированной системой управления АСУ ТП и полевыми приборами.

Указанные Задача первая и вторая достигнуты за счет того, что Способом, схема которого приведена на Фигуре №1, вначале проводится тщательный радиационный, химический и микробиологический контроль поступивших сырьевых отходов, контроль содержания в них нефтепродуктов, в органических отходах дополнительно определяется содержание антибиотиков. Полученные входные качественные параметры сырьевых отходов заносятся в базу данных АСУ ТП и в реальном времени математическим аппаратом формируются рекомендуемые для оператора рецептуры замесов для последующей утилизации на поле ферментации, с прогнозом конечного состава и срока вызревания. Оператор системы АСУ ТП утверждает требуемую рецептуру замеса с учетом технических заданий и потребности производства и запускает программу подготовки исходных сырьевых отходов. В случае нехватки каких-либо компонентов система выносит оператору предупреждение для дальнейшего принятия решения. Также формируется программа раскладки входного сырья для складирования по типам и классам отходов и схема последующей раскладки буртов на поле ферментации. Оператору выводится визуализация работы процесса, сигналы ошибок и аварий для оперативного управления и устранения неисправностей. Осуществляется подготовка входного органического и инертного сырья полным комплексом грохочения, просеивания, классификации и дробления. Производится гомогенное механическое перемешивание рецептуры сырья замеса, с применением отдельного алгоритма внесения инертного, органического сырья в замес, перемешивания с переменными скоростями и внесения добавок. Это отличает Способ от приведенных аналогов и прототипа. На основании заложенной в АСУ ТП математической модели, которая является неотъемлемой частью, осуществляется управление технологическим производственным процессом утилизации отходов, включая технический процесс с применением классификации, сепарации, грохочения и дробления нужных фракций сырья, а далее процессы биологический и ферментационный утилизации отходов.

Указанные первичные и вторичные Задачи достигнуты за счет того, что в заявленный Комплекс, схема которого приведена на Фигуре №2, по утилизации техногенных грунтов и органических отходов, включен вычислительный центр, схема работы алгоритма приведена на Фигуре №3, в который интегрирована АСУ ТП, автоматизированная система контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ) и SCADA-система диспетчеризации и визуализации процесса (аббревиатура от английского Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных), которые производят все требуемые расчеты и выдают сигналы управления на исполнительные приборы и устройства технологического процесса, снижают вероятность ошибок операторов, повышают производительность. Это отличает Комплекс от приведенных аналогов и прототипа. Используются приборы полевого уровня с передачей данных в режиме реального времени для формирования дальнейшего алгоритма работы и управления. Комплекс включает в себя весь перечень требуемого технологического оборудования для осуществления процесса с заданным качеством.

Новизна

Предлагаемый Способ и Комплекс обладают новизной, поскольку совокупность признаков формулы изобретений в информационных и патентных источниках разрозненны, имеют явные недостатки и не сведены в общий технологический процесс, учитывающий автоматизированный контроль и управление технологическим процессом, а также входной и выходной контроль сырья и продукции, порядок обращения с некондиционной продукцией. Предлагаемая группа изобретений учитывает требуемый цикл подготовки сырья из отходов III-V классов опасности, гомогенное перемешивание с заданным режимом и дозированием, контроль процесса ферментации полевыми аналитическими приборами, моделирование программным аппаратом сырьевой рецептуры для получения заданного качества продукта на выходе, определение точки принятия решения о готовности продукта и подтверждении снижения III-V классов опасности.

Комплексное применение заявленного состава оборудования, систем управления АСУ ТП, АСКУЭ и SCADA, а также приборов полевого и верхнего уровня, раскладка буртов на поле ускоренной ферментации с сечением в виде треугольника со сторонами по 1,5 метра, использование программного расчета для внешнего внесения концентраций коллекций черноземобразующих организмов в процессе механического гомогенного перемешивания не определено аналогами и прототипами, и не является очевидным.

Изобретательский уровень

Заявленное в качестве изобретения техническое решение по созданию производства обладает изобретательским уровнем, поскольку получение из отходов техногенных грунтов III-V классов опасности и органических отходов, и побочных продуктов животноводства с расчетным внешним внесением микробиологических комплексов, продукта в виде искусственного, не горючего плодородного гумус содержащего почвогрунта с заданными качествами природных черноземов методом ускоренной ферментации, не является очевидным, труднореализуемым без высокой степени научной проработки, проведения натурных испытаний и исследований, автоматизации процесса, и это приводит к значительному результату повышения производительности и экологичной утилизации массовых отходов в продукт рециклинга - искусственный почвогрунт с широкой линейкой планировочного, плодородного, тепличного и специального типов для последующего восстановления нарушенных площадей плодородных почв и применении в сельском хозяйстве.

Промышленная применимость

Группа заявленных изобретений Способа и Комплекса находится в стадии эскизного проектирования и их использование не вызывает изменения принципа организации аграрного проектирования и строительства, поскольку применяется известное оборудование, материалы и конструктивы, а работающие производства сельскохозяйственного компостирования и ферментации, близкие к изобретению, долгое время находятся в эксплуатации при каждом животноводческом агрохолдинге или птицефабрике.

Краткое описание чертежей Комплекса и Способа Заявляемый Способ, Комплекс и Алгоритм проиллюстрированы

следующими схемами представленными Фигурами №1, 2 и 3.

Заявляемый Способ проиллюстрирован на схеме (Фигура 1), где на земельном участке размещены административный, производственный и транспортно-складской сектор [0], поступающие на утилизацию и рециклинг техногенный грунт III-V класс опасности, инертные отходы [1], органические отходы, ППЖ, кек или ил КОС III-V классов опасности, пищевые отходы [2], почвы с нефтепродуктами, нефтешламы и буровые смеси [3], субстрат (солома, листва, опилки и пр.) [4], добавки (мел, доломит, удобрения и пр.) [5], микробиологический комплекс и штаммы [6], этапы входной контроль исходного инертного и органического сырья: радиационный, химический и микробиологический контроль, весовой и бухгалтерский учет, дезинфекция и обработка транспорта [7], прием исходного сырья: система управления АСУ ТП распределяет сырье в приемные отвалы, навозохранилища и пометохранилища, бункеры складирования, склады, рассчитывает рецептуры [8], техническая утилизация исходного сырья: грохочение 0-70, магнитная и индукционная сепарация, просев 0-10, классификация не годных фракций в отходы, дробление, для нефтесодержащих грунтов предварительно вносятся микробиологические комплексы окисляющие углеводороды [9], складирование подготовленного сырья: в расходные навозохранилища и пометохранилища, бункеры и отвалы складирования, учет складских запасов, расчет рецептур утилизации [10], дозирование подготовленного сырья: конвейерной, ленточной или транспортной подачей подготовленное сырье поступает на дозаторы (ленточные, тензометрические, объемные и пр.) для формирования дозировки рецептуры замешиваемой смеси, учет энергоресурсов системой АСКУЭ [11], биологическая утилизация подготовленного сырья: согласно рецептуры формируется микробиологический комплекс бактерий, грибов, водорослей и штаммов, водоподготовкой обеспечивается качество воды для активации микробиологического комплекса и штаммов, добавляется жижа от навоза и помета для обогащения раствора и утилизации жидкой фазы [12], механико-биологическая утилизация подготовленного сырья: согласно рецептуры формируется смесь инертного (60-90%) и органического сырья и добавок, происходит гомогенное механическое перемешивание с внесением активированного микробиологического комплекса и штаммов в получаемый замес, щебень отсева обеззараживается раствором микробиологического комплекса [13], формирование поля ферментации из буртов: замес транспортируется на поле ферментации для выдержки в длинных параллельных буртах с сечением в виде равнобедренного треугольника со сторонами 1,5 метра для обеспечения баланса работы аэробных и анаэробных бактерий [14], ферментационная утилизация: формирование гумуса комплексами термофильных, мезофильных, аэробных и анаэробных бактерий, подавление патогенной флоры, создание симбиоза черноземов [15], обслуживание буртов: согласно рецептуры производится ворошение буртов, дополнительное увлажнение с использованием возврата дождевых стоков, жижи, проверка качественных показателей ферментации и выдержки, контроль технологических параметров температуры, влажности и пр. [16], экологическая безопасность: применяются обеспыливающие устройства, тенты, капельные системы пылеосаждения, системы очистки воздуха, дезодорирующие комплексы, передача не специфических отходов для утилизации, дезинфекция, лабораторный контроль [17], дополнительное производство: 1) вермикомпостирование внесением червей (личинок) для насыщения слизью насыщенной микрофлорой и ферментами 2) обработка паром с добавкой торфов и добавок для получения тепличного грунта 3) внесение удобрений и добавок для получения специальных характеристик продукции [18], выходной контроль, решение о снижении класса опасности, фасовка и отгрузка Почвогрунта [19].

Заявляемый Комплекс проиллюстрирован на схеме (Фигура 2), где производственный комплекс технической утилизации, участок подготовки инертного сырья, техногенный грунт (III-V класс), грунты с нефтепродуктами [20], входной контроль [21], приемные отвалы [22], грохочение [23], отсев >70 [24], классификация [25], дробление <70 [26], отход, склад, обработка [27], магнитная сепарация [28], просеивание 0-10 (сухое или мокрое) [29], надситовая фракция 10-70 [30], просеивание щебня [31], обеззараживание щебней биологическим раствором [32], товар [33], дробление 0-10 [34], магнитная сепарация [35], расходные отвалы подготовленного инертного сырья, для нефтепродуктов внесение биокомплексов [36], контроль, учет [37], участок подготовки органического сырья, побочные продукты животноводства, канализационный кек, ил, органика [38], приемные лагуны [39], грохочение 0-70 [40], отсев >70 [41], классификация [42], дробление <70 [43], отход, склад, обработка [44], магнитная сепарация [45], просеивание 0-10 (сухое или мокрое) [46], надситовая фракция 10-70 [47], просеивание щебня [48], обеззараживание щебней биологическим раствором [49], товар [50], дробление 0-10 [51], магнитная сепарация [52], расходные лагуны подготовленного органического сырья [53], производственный комплекс биологической утилизации, КТП /0,4 кВ, дезинфекция автотранспорта, охрана [54], административно-бытовой корпус локальные очистные [55], добавки [56], водоподготовка [57], микробиологические комплексы (активация в растворе) [58], субстраты [59], дозирование согласно выданной технологической рецептуры [60], вода, жижа, дождевая вода [61], смеситель [62], производственный комплекс ферментационной утилизации, сырьевой замес [63], транспортировка замеса [64], вода (увлажнение) [65], ворошение, контроль [66], поле ферментации замеса в буртах треугольного сечения 1,5*1,5*1,5 м [67], дополнительный производственный комплекс, согласно заданий рецептур, производственные участки [68], вермикомпостирование внесением червей или личинок [69], обработка паром с добавкой торфов и добавок для тепличного грунта [70], внесение удобрений и добавок для специальных характеристик продукции [71], выходной контроль, решение о снижении класса опасности, фасовка и отгрузка почвогрунта [72], дробление 0-10 [73], вычислительный центр АСУ ТП [74], субстраты классификации из органики [75], субстраты классификации из инертных [76], дезинфекция, пылеподавление, воздухоочистка [77], дезинфекция, пылеподавление, воздухоочистка [78], брак [79].

Алгоритм формирования рецептуры для утилизации отходов по заявляемому Комплексу и Способу проиллюстрирован на схеме (Фигура 3), где поступают данные входные показатели исходного техногенного грунта (III-V класс) и органического сырья (антибиотики, нефтепродукты) [80], показатели подготовленного сырья, добавок, отход, их баланс [81], водоподготовка и микробиологические комплексы [82], баланс готовой продукции, брак [83], приборы полевого уровня, погодные условия и прогнозы [84], визуализация процесса SCADA-система [85], учет баланса сырья, рабочего времени, энергоресурсов АСКУЭ [86], математическая модель процесса АСУ ТП и архив данных, видеоконтроль, управление процессом, грохочением, дроблением, сепарацией и отгрузкой [87], обработка входных и выходных данных [88], расчет возможных рецептур [89], задание оператора на требуемую товарную продукцию со значением содержания гумуса, размера фракции, химического состава и рН [90], рецептура [91], дозировка жижи навоза и помета, дождевых вод [92], дозировка техногенного грунта и инертных [93], дозировка органического сырья (навоз, кек, ил, помет) [94], дозировка водного раствора микробиологических комплексов [95], дозировка субстрата, добавок и удобрений [96], алгоритм гомогенного механического замеса [97], смеситель [98], замес [99], транспортировка замеса [100], алгоритм формирования поля ферментации замеса в буртах Δ1,5*1,5*1,5 м [101], контроль параметров процесса ферментации в буртах от полевых приборов [102], разрешение на готовность товарного продукта [103], дополнительное производство согласно заданий рецептур [104], вермикомпостирование внесением червей (личинок) [105], обработка паром с добавкой торфов и добавок для получения тепличного грунта [106], внесение удобрений и добавок для получения специальных характеристик продукции [107], выходной контроль, решение о снижении класса опасности, фасовка и отгрузка почвогрунта [108], выдача данных в бухгалтерию для формирования отгрузочных документов, учет энергоресурсов [109], отказ, рекомендации [110].

Описание работы заявленного Комплекса и Способа приводится по схеме (Фигура 2), приняв в качестве исходных данных: утилизируемый инертный отход - техногенные грунты строительных выемок IV класса опасности с превышением норм ГОСТ Р 53381-2009 по содержанию природного никеля и кадмия, утилизируемый органический отход - навоз крупного рогатого скота, субстрат - опилки лиственных пород и листва. Описание: техногенный грунт строительных выемок IV класса опасности [1] поступает грузовым автотранспортом на производство [0] по утилизации отходов в производственный Комплекс технической утилизации, где на участке подготовки инертного сырья происходит входной контроль [21], включающий радиационно дозиметрический и весовой контроль, отбор проб на химический и микробиологический анализ, содержание нефтепродуктов, первичные данные по партии вносятся в базу вычислительного центра АСУ ТП [74], получается подтверждение и разнарядка номера приемного отвала для разгрузки [22] в разгрузочном боксе с воздухоочисткой и пылеподавлением [77], происходит его грохочение 0-70 мм [23] и магнитная сепарация [28], надситовый отсев более 70 мм [24] поступает на классификацию [25], где отбираются неспецифические фракции отходов [пластик, резинотехнические изделия) и складируются на площадку хранения и обеззараживания [27] для дальнейшей отправки на утилизацию в специализированные организации, также происходит классификация органического сырья для субстрата (древесина, коренья) [76], а фракция инертного более 70 мм идет на дробление во фракцию менее 70 мм [26] с возвратом в приемный отвал [22], затем идет мокрый или сухой просев во фракцию 0-10 мм [29] с магнитным сепарированием [35], надситовая фракция 10-70 мм [30] поступает на фракционный рассев [31] по фракциям 10-20 мм, 20-40 мм и 40-70 мм, откуда разделенная фракция 20-40 мм и 40-70 мм поступает на обеззараживание и биологическую промывку растворами [32] и после выдержки отгружается потребителям, как товар [33], а фракция 10-20 мм поступает на дробление в 0-10 мм [34] и на магнитное сепарирование [35] и складируется в расходный отвал подготовленного инертного сырья [36], а в случае наличия нефтепродуктов в данной фракции производится внесение углеводородокисляющих биокомплексов, в свою очередь второй отход навоз крупного рогатого скота [2] поступает грузовым автотранспортом на производство [0] по утилизации отходов в производственный Комплекс технической утилизации, где на участке подготовки органического сырья происходит входной контроль [21], включающий радиационно дозиметрический и весовой контроль, отбор проб на химический и микробиологический анализ, содержание нефтепродуктов и антибиотиков, первичные данные по партии вносятся в базу вычислительного центра АСУ ТП [74], получается подтверждение и разнарядка номера приемного отвала для разгрузки [39] в приемные лагуны в боксе с воздухоочисткой и пылеподавлением [78], происходит его грохочение 0-70 мм [40] и магнитная сепарация [45], надситовый отсев более 70 мм [41] поступает на классификацию [42], где отбираются неспецифические фракции отходов [пластик, резинотехнические изделия) и складируются на площадку хранения и обеззараживания [44] для дальнейшей отправки на утилизацию в специализированные организации, также происходит классификация органического сырья для субстрата (древесина, коренья) с дезинфекцией [75], а фракция инертного более 70 мм идет на дробление во фракцию менее 70 мм [73] с возвратом в приемные лагуны [39], затем идет мокрый или сухой просев во фракцию 0-10 мм [46] с магнитным сепарированием [52], надситовая фракция 10-70 мм [47] поступает на фракционный рассев [48] по фракциям 10-20 мм, 20-40 мм и 40-70 мм, откуда разделенная фракция 20-40 мм и 40-70 мм поступает на обеззараживание и биологическую промывку растворами [49] и после выдержки отгружается потребителям, как товар [50], а фракция 10-20 мм поступает на дробление в 0-10 мм [51] и на магнитное сепарирование [52] и складируется в расходные лагуны подготовленного органического сырья [53], а в случае наличия нефтепродуктов в данной фракции производится внесение углеводородокисляющих биокомплексов, ведется контроль объемов системой АСКУЭ [37] количества и состава подготовленного сырья, далее на производственном Комплексе биологической утилизации в Технологическом участке происходит подготовка воды [57] по применяемой технологии с подачей на приготовление и активации микробиологических комплексов [58], подготавливаются субстраты [59] дроблением во фракцию 0-100 мм [73], в том числе и поступившие с классификации [75, 76], по рецептуре, при необходимости, формируются добавки [56] и согласно разработанной АСУ ТП [74] рецептуры и утвержденной оператором, происходит дозирование сырья [60] в смеситель [62] с расчетной добавкой воды и жижи [61] с дальнейшим производством сырьевого замеса, после окончания гомогенного перемешивания замес выгружается на производственный Комплекс ферментационной утилизации и сырьевой замес порции [63] транспортируется [64] на поле ферментации в бурты Δ1,5 м [67] для последующего вызревания, увлажнения [65] и ворошения [66], после контроля и проверки понижения класса опасности получается почвогрунт [72], но дополнительно из ферментированного замеса можно производить в дополнительном производственном комплексе модифицированный почвогрунт согласно заданий рецептур [68] путем вермикомпостирования червями [69], обработки паром [70] или составления специальной рецептуры [71], а в случае выпуска некондиционной или бракованной продукции [79] она отправляется на повторную утилизацию в расходные отвалы подготовленного инертного [36], с новым циклом утилизации, который обеспечивают энергоресурсами, административным управлением и дезинфекцией [54, 55].

Осуществление изобретения

Пример конкретного осуществления, подтверждающего возможность внедрения в производство предложенного Способа и Комплекса приведен в фототаблице (Приложение №3), отчете (Приложение №4), протоколах лабораторных исследований (Приложение №7-10).

Пример 1. В ноябре 2022 года производились опытные испытания имитирующие заявленный Способ и Комплекс. В качестве сырья использовался техногенный грунт котлованных выемок промышленного строительства в поселке Усть-Луга, Ленинградской области, а органическим компонентом выступал обезвоженный канализационный кек очистных сооружений. Были произведены отборы проб грунта на стройплощадке по схеме «конверт», которые были механически усреднены, а затем был произведен совместный гомогенный замес данного техногенного грунта с 25% илового кека очистных сооружений Люберецких КОС, с внесением в процессе перемешивания концентрации подобранного водного раствора микробиологического комплекса.

Исследования показали низкое содержание органики в исходном грунте (2,49%), данный показатель свидетельствует о низкой эффективности данного грунта. Модифицированный почвогрунт при добавлении 25% органической смеси (иловой кек) изменил данный показатель до уровня 12,6%, что нами считается приемлемым для выращивания ландшафтных, парковых и сельскохозяйственных культур. Под действием микробиологического комплекса был запущен процесс гумификации и ферментации, что по истечении 30 дней экспозиции при положительных температурах и достаточной влажности сформировало высокоэффективную грунтовую смесь - почвогрунт, с тенденцией дальнейшего повышения его агробиохимических параметров до уровня, характерного для самых продуктивных природных черноземов. Под действием микробиологического комплекса были переработаны нитрат-ионы с уровня 1344 мг/кг до нормального для экосистемы уровня в 95 мг/кг.ПДК для данного показателя - не более 130 мг/кг (СанПиН 1.2.3685-21). Также снизилось содержание экотоксичных Хлорид-ионов с 341 мг/кд до «нуля». Нормализовался показатель рН - 6.6. В исходном образце обнаружено повышенное содержание Никеля - 34,2 мг/кг. В результате внесения в грунт 25% органики, показатель содержания снизился до уровня 28,7 мг/кг. ПДК для данного показателя - не более 20 мг/кг (СанПиН 1.2.3685-21). В результате действия микробного комплекса данный показатель снизится до пределов ПДК за 3-6 мес. Также возможно разработать специальные мероприятия по нейтрализации Никеля посредством его комплексирования в биологически инертные металл-органические соединения, или в водонерастворимые соли. Исследования показали низкие агрохимические показатели по азоту, фосфору, калию в исходном грунте. Данный недостаток полностью купируется микробными комплексами и балансом внесения органических компонентов. В частности, азотфиксирующие бактерии, входящие в состав микробиологического комплекса будут преобразовывать инертный атмосферный азот в биологически доступную форму, пригодную для питания растений. Схожая картина по фосфору и калию, которые под действием микробных комплексов агрегируются из органического сырья под конкретные задачи заказчика. Под действием микробного комплекса повысился показатель содержания соединений фосфора с 305 до 339 мг/кг, повысился показатель содержания серы. Тест внесением дождевых червей в почвогрунт показал полную биодоступность, засеянные семена белого редиса проявили абсолютную всхожесть. Результаты испытаний приведены ниже, в Таблице №1.

Результат

По результатам эксперимента очевидно, что проведенный эксперимент позволил эффективно осуществить утилизацию отходов со снижением класса опасности, отсутствием патогенной флоры, с получением искусственного негорючего гумус содержащего почвогрунта с заданными качествами микрофлоры природных черноземов, устойчивого к ветровой эрозии и пригодного для дальнейшего применения в ландшафтном, строительном, рекультивационном, тепличном и сельскохозяйственном секторе, обладающего биодоступностью, хорошей всхожестью агрокультур и высоким содержанием органических веществ.

Источники информации

1. ГОСТ 21.302-2013. «Система проектной документации для строительства. Условные графические обозначения в документации по инженерно-геологическим изысканиям», Таблица 4, п. 30.

2. ГОСТ 17.5.1.03-86 «Межгосударственный стандарт. Охрана природы. Земли. Классификация вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации земель».

3. ГОСТ 25100-2020 "Грунты. Классификация", п. 3.32.

4. Ссылка на интернет ресурс (http//xn-7sbbo1aiileetr.xn-p1ai/ekonomika/stroitelstvo/%D0%9F%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F%20%D0%97%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%oD1%89%D0% B8%D0%BA%D0%B0%D0%BC.pdf). стр. 3.

5. ГОСТР 59057-2020 «Национальный стандарт российской федерации. Охрана окружающей среды. Земли. Общие требования по рекультивации нарушенных земель». Введение.

6. Ссылка на интернет ресурс https://biokompleks.ru/news/razdelyay-i-vnosi/

7. Biomass in the Dutch Energy Infrastructure in 2030, L.P.L.M Rabou and E.P. Deurwaarder ECN H.W. Elbersen and E.L. Scott WUR, A&F сылка на интернет ресурс https://edepot.wur.nl/33575, листы 1, 2, 3, 6, 16, 18.

8. Патент №2497784.

9. Патент №2730233.

10. Заявка на изобретение №2022107735.

11. Патент №2734674.

12. Патент №2772178.

13. Патент №2420500.

14. Патент №2794801.

Группа изобретений относится к области охраны окружающей среды, а именно к утилизации техногенных грунтов III-V классов опасности и побочных продуктов животноводства, органических отходов, с получением почвогрунта с признаками природных черноземов для дальнейшего применения в ландшафтном, строительном и сельскохозяйственном секторе. Способ осуществляют с использованием комплекса, представляющего собой оборудованную производственную площадку на земельном участке, состоящую из производственных комплексов и участков. Способ включает этапы технической, биологической и ускоренной ферментационной утилизации отходов с совместным их гомогенным перемешиванием согласно рецептурам, с внесением в замес искусственно выращенных микробиологических комплексов под управлением автоматизированной системы управления технологическим процессом АСУ ТП с математической моделью расчета рецептур замесов для утилизации отходов, с использованием приборов полевого уровня, автоматизированной системы контроля и учета энергоресурсов АСКУЭ, SCADA-системы диспетчеризации и визуализации процесса, входного радиационного и весового, химического и микробиологического контроля, определения содержания антибиотиков и нефтепродуктов, подготовки исходного сырья грохочением и просеиванием, магнитной сепарации и классификации, дробления и измельчения, складирования, дозирования рецептуры в замес, где содержание техногенных грунтов составляет 60-90%, а оставшуюся часть составляют органическое сырье, субстраты, добавки и микробиологические комплексы, обеспечивающие ускоренную ферментацию и обеззараживание. При этом замес выкладывают на поле ферментации в виде длинных буртов с сечением в форме треугольника со сторонами по 1,5 м для обеспечения баланса работы внесенных аэробных и анаэробных бактерий, термофильных и мезофильных процессов, биоремедиации нефтепродуктов и подавления патогенов, формирования гумуса и микрофлоры черноземов, производят периодическое механизированное ворошение буртов, увлажнение, проверку выходного качества, принятие решения о снижении класса опасности, отгрузку, возврат некондиционной продукции в сырье для утилизации. Технический результат заключается в улучшении экологической ситуации, возврате отходов в оборот, снижении сроков и затрат на утилизацию, восстановлении площадей нарушенных плодородных почв, создании промышленного производства и снижении выпуска некондиционной продукции. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ утилизации техногенных грунтов III-V классов опасности и органических отходов с получением почвогрунта с признаками черноземов, включающий применение микробиологических комплексов и полей ферментации, отличающийся тем, что включает этапы, где

(a) организацию производственной площадки осуществляют на земельном участке профильного назначения, включающем в себя административно-бытовой, производственный и транспортно-складской сектор, применяют совместно последовательные способы технической, биологической и ферментационной утилизации отходов с последующим рециклингом получаемого почвогрунта в ландшафтной и сельскохозяйственной сфере, управляют способом при помощи приборов полевого уровня и автоматизированной системы управления технологическим процессом АСУ ТП, которая в реальном времени рассчитывает и визуализирует рецептуры утилизации входящих отходов при помощи заложенной в нее математической модели и заданий оператора, а автоматизированной системой контроля и учета энергоресурсов АСКУЭ реализуют энергоучет производства, архивацию параметров, документооборот, SCADA-системой осуществляют визуализацию и диспетчеризацию процесса;

(b) производят входной радиационный и весовой контроль всего исходного сырья, а также химический и микробиологический анализ, определение содержания нефтепродуктов, органическое сырье исследуется на наличие антибиотиков, прием утилизируемых отходов и сырья осуществляют на подготовленные площадки, проверяют наличие сопроводительной и разрешительной документации, результаты вносятся в систему АСУ ТП;

(c) принимают исходное сырье под управлением АСУ ТП, которая модулирует рекомендуемую для оператора схему размещения сырьевых отходов и материалов на оборудованных площадках согласно санитарно-эпидемиологическим требованиям, рассчитывает последующие рецептуры утилизации поступивших отходов, недостающее сырье;

(d) складируют в приемные отвалы и склады исходные инертные сырьевые отходы по типам и классам, разделяя техногенные грунты III-V классов опасности, грунты с нефтепродуктами, грунты с креозотом, нефтешламы и буровые смеси, донный ил, донный грунт, грунт после выжигания нефтепродуктов, отходы после сноса зданий и сооружений, энергетические золошлакоотвалы, металлургические шлаки и шламы, инертные добавки и удобрения, техногенные грунты строительных выемок III-V классов опасности;

(e) складируют исходные органические сырьевые отходы в приемные гидроизолированные лагуны, органическое сырье в приемные отвалы, по типам и классам, разделяя побочные продукты животноводства в виде навоза, помета, обезвоженный кек или ил централизованных канализационных очистных сооружений, сульфитный или гидролизный лигнин, пищевые отходы молочнокислого или растительного производства;

(f) складируют исходный сырьевой субстрат, такой как солома, листва, опилки, порубочный материал и покос, тростник, лузга, жмых, сапропель;

(g) производят техническую утилизацию всего исходного сырья грохочением входного инертного и органического сырья из приемных отвалов и лагун до фракции 0-70 мм с магнитной и вихретоковой сепарацией, отсев надрешетчатой фракции транспортируют на классификацию для выделения на дополнительное дробление во фракцию менее 70 мм с возвратом в приемные отвалы, органические включения подают в субстрат, а нерецептурные материалы, такие как резина, металлолом, пластики отправляют на дезинфекцию биологическими растворами и далее на площадки накопления отходов для дальнейшей отправки на утилизацию;

(h) просеивают материал после грохочения фракцией 0-70 мм во фракцию 0-10 мм, а надситовую фракцию 10-70 мм направляют далее на классификацию щебеночно-песчаной смеси фракции 10-20 мм, вторичного фракционного щебня 20-40 мм и 40-70 мм, смесь фракции 10-20 мм подают на дополнительное дробление во фракцию 0-10 мм с последующей магнитной сепарацией и подачей в расходные отвалы инертного или лагуны органического сырья, а фракции вторичного щебня 20-40 мм и 40-70 мм направляют на промывку обеззараживающими биологическими растворами, и после санитарной выдержки щебень является товарным, годным для отсыпки в строительстве или применения в рецептурах замеса бетонных смесей;

(i) предварительно вносят в исходные нефтесодержащие техногенные грунты и отходы микробиологические комплексы, содержащие углеводородокисляющие штаммы бактерий согласно рецептурам, а сырьевые субстраты и добавки подвергают подготовке и измельчению до фракции 0-100 мм;

(j) складируют подготовленное сырье после этапа технической утилизации по типам в расходные навозохранилища и пометохранилища, отвалы и бункеры, ведут учет баланса для обеспечения расходных запасов следующих этапов утилизации;

(k) дозируют подготовленное сырье согласно рецептурам на транспортные механизмы с использованием тензометрического оборудования, объемных и массовых дозаторов, уровнемеров для обеспечения последующего этапа биологической утилизации;

(l) производят биологическую утилизацию исходного сырья внесением согласно рецептурам искусственно выращенных микробиологических комплексов и штаммов;

(m) активируют привозные или выращенные в биореакторе микробиологические комплексы согласно рецептурам с использованием барботирования воздухом через водные растворы, регулирования подогрева или концентрации, водоподготовки исходной воды и ее смешивания с инфильтрируемой жидкостью буртов и отходов, навозной или пометной жижей, дождевыми стоками для обеспечения замкнутого водооборотного цикла;

(n) перемешивают механическим способом в гомогенный замес согласно рецептурам и порядку дозирования инертное подготовленное расходное сырье техногенных грунтов, подготовленное органическое сырье и отходы, субстраты, добавки, микробиологические комплексы и штаммы и их водные растворы, в рецептурной пропорции замеса 60-90% составляет просеянный техногенный грунт или инертная основа, а оставшаяся часть - это органическое сырье и добавки согласно рецептурам;

(о) транспортируют полученный гомогенный замес на оборудованные поля ферментации для формирования линейных буртов выдержки с поперечным сечением в виде равнобедренного треугольника со сторонами по 1,5 м, с использованием укрытия буртов мембранами или с открытой выдержкой, а в случае необходимости допускается размещение на поле ферментации буртов для процесса компостирования с соблюдением последующих этапов утилизации;

(р) производят ферментационную утилизацию гомогенного замеса работой внешне вносимых микробиологических комплексов с последующим механизированным ворошением и аэрированием буртов ферментации, увлажнение буртов поливом с возможностью использования накопленных ливневых стоков или жижи, внесение добавок, контроль технологических параметров буртов полевыми приборами АСУ ТП, формирование решения о завершении процесса ферментации, снижении класса опасности отхода и готовности почвогрунта к отгрузке;

(q) производят при необходимости дополнительную модификацию получаемого почвогрунта добавками, или вермикомпостированием внесением червей или личинок, или обработкой паром;

(r) осуществляют дезинфекцию машин и оборудования, санитарный и экологический контроль на всех стадиях производства, используют обеспыливающие устройства, системы пылеподавления, воздухоочистки, очистку стоков;

(s) осуществляют выходной контроль готового почвогрунта, его соответствие качественным показателям, в случае получения бракованной продукции она возвращается в расходные отвалы для повторной утилизации, а при соответствии требуемым параметрам полученный почвогрунт фасуется или отгружается навалом на склад для последующего сбыта;

при этом технологически объединены в один три способа утилизации инертных техногенных грунтов III-V классов опасности и органических отходов или побочных продуктов животноводства, это технический, биологический и ферментационный способы утилизации, которые осуществляются под управлением систем АСУ ТП и SCADA в режиме реального времени, также включен входной и выходной автоматизированный контроль параметров сырья и готовой продукции, определено место и параметры определения готовности почвогрунта к отгрузке и снижения класса опасности, определен способ повторной утилизации некондиционной продукции, также математическим моделированием АСУ ТП снижается вероятность возникновения ошибок при формировании рецептур утилизации, контролируется и прогнозируется прохождение процесса, выдаются рекомендации для операторов с визуализацией технологических параметров, также внедрением систем автоматизации и управления достигается высокопроизводительный промышленный процесс, благодаря программному моделированию рассчитывается скорость ферментации и вызревания замеса, сокращается срок вызревания замесов и увеличивается оборачиваемость поля ферментации и производительность процесса, также производится дробление щебеночно-песчаной смеси фракции 10-20 мм во фракцию 0-10 мм, чем увеличивается количество сырьевой основы для смеси, также гомогенным механическим перемешиванием и расчетным внешним внесением искусственно выращенных микробиологических комплексов осуществляют гарантированное перемешивание компонентов рецептуры, в рецептуру замеса включают субстрат для разрыхления и улучшения аэрации, также включены поля ферментации и выдержки гомогенного замеса в длинных буртах с поперечным сечением в форме равнобедренного треугольника со сторонами по 1,5 м с возможностью создания оптимального баланса работы во всем слое бурта аэробных и анаэробных бактерий, термофильных и мезофильных процессов, биоремедиация нефтепродуктов, содержащихся во всем объеме замеса, происходит ферментационное угнетение патогенной флоры, сокращение сроков газообразования смеси, формируется требуемое содержание гумуса и микрофлоры природных черноземов внесенными композициями почвенных водорослей, грибов групп фикомицетов, аскомицетов, базидиомицетов и дейтеромицетов, истинных споровых и неспоровых бактерий, актиномицетов и миксобактерий, бактериофагов и дрожжей, спор, азотфиксирующих бактерий, углеводородокисляющих бактерий, также круглосуточной сезонностью работы при температурах окружающей среды выше +7°С обеспечивается промышленная производительность рециклинга отходов, также возможность получения негорючего плодородного почвогрунта для применения в городском ландшафтном секторе или в жарком климате, который ввиду отсутствия в составе рецептуры горючих торфов незначительно подвержен ветровой эрозии из-за использования в качестве основы 60-90% инертного грунта до 10 мм.

2. Комплекс утилизации техногенных грунтов III-V классов опасности и органических отходов с получением почвогрунта с признаками черноземов, включающий применение микробиологических комплексов и полей ферментации, отличающийся тем, что содержит производственные комплексы и участки на выделенном охраняемом земельном участке и включает в себя производственный комплекс технологической утилизации отходов, содержащий два участка, участок подготовки инертного сырья и участок подготовки органического сырья, в каждый из которых входит контрольно-пропускной пункт, пост входного весового, радиационного и лабораторного контроля, пост дезинфекции автомобильной или железнодорожной техники, участки складирования исходного инертного и органического сырья, добавок и субстратов, оборудованные приемные отвалы, участки складирования исходного органического сырья в приемные оборудованные гидроизолированные лагуны, навозохранилища, пометохранилища, илохранилища, автотранспортное и конвейерное хозяйство, крытые ангары разгрузки автомобильной техники или железнодорожных вагонов, устройства оросительного пылеподавления и воздухоочистки, устройства грохочения фракции 0-70 мм, магнитные и вихретоковые сепараторы, посты ручной классификации надрешетчатой фракции более 70 мм, площадки накопления непрофильных отходов, таких как металл, пластик, резина с дезинфекцией бактериологическими растворами, дробильное оборудование сырья фракции более 70 мм во фракцию 0-70 мм, грохоты классификаторы фракций щебня 10-20 мм, 20-40 мм и 40-70 мм, дробильное оборудование фракции сырья 10-20 мм во фракцию 0-10 мм, просеиватели или троммели 0-10 мм, дезинфекционные промывные установки с бактериологическими растворами для товарного щебня фракций 20-40 мм и 40-70 мм, участки складирования подготовленного расходного инертного и органического сырья, производственный комплекс биологической утилизации отходов, содержащий технологический участок со скважинным полем или водонапорной башней либо сетевым водоснабжением, водоподготовкой, водонагревателем, насосной и компрессорной станцией, склады, биореактор и активатор микробиологических растворов и штаммов, участок дозирования технологической рецептуры, участок гомогенного механического перемешивания сырьевого замеса с лопастными или шнековыми смесителями, производственный комплекс ферментационной утилизации отходов, содержащий подготовленное поле ферментации с укладкой сырьевого замеса в длинные бурты с поперечным сечением в форме равнобедренного треугольника со сторонами по 1,5 м, мембранного укрытия буртов или открытого типа, дождесборник и жижесборник, аналитические и измерительные полевые приборы, механизированные ворошители и поливные устройства, а также участок фасовки, склад готовой продукции, административно-бытовой комплекс, операторскую и диспетчерскую, вычислительный центр автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), содержащий системы АСУ ТП и автоматизированной системы контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ), приборы полевого и верхнего уровня, средства автоматики и автоматизации, серверную, SCADA-систему диспетчеризации и визуализации, экспресс-лаборатории технологического контроля, локальные очистные сооружения, трансформаторную и аварийную дизельгенераторную станцию, пожарные резервуары, насосные станции, при этом три последовательных производственных комплекса по утилизации инертных техногенных грунтов III-V классов опасности и органических отходов, побочных продуктов животноводства, а именно технический, биологический и ферментационный комплексы утилизации, технологически объединены в один комплекс, который также включает цеховой врачебный участок, гаражи и мастерские обслуживания техники, душевую, столовую, системы доступа и охраны, также производственные комплексы управляются единой системой управления технологическим процессом АСУ ТП и приборами полевого уровня, имеется вычислительный центр АСУ ТП для расчета рецептуры утилизации согласно заложенному алгоритму и математической модели, выдачи визуализированных рекомендаций и предупреждений оператору, модулирования срока вызревания и ожидаемых качественных показателей получаемого почвогрунта, контролирует потребленные энергоресурсы и сырье системой АСКУЭ в режиме реального времени с визуализацией процесса SCADA-системой диспетчеризации, также содержит входной пост радиационного дозиметрического контроля, автомобильные весы, дезинфекционный барьер-ванну, механические смесители двухвального, лопастного, шнекового, спирального или планетарного типа с программным управлением алгоритмом перемешивания, измерения влажности смеси, регулировки подачи воды, навозной или пометной жижы, буртовых и ливневых стоков, микробиологических комплексов, также просеиватели или троммели гравитационного или гидравлического типа, также аналоговые и цифровые измерительные приборы в точках контроля в буртах, исполнительные механизмы, уровнемеры, дозаторы, электроприводы, приборы верхнего уровня для сбора данных от приборов полевого уровня и их передачи на SCADA-систему и для обработки в вычислительный центр АСУ ТП, также устройства укрытия буртов ферментации мембранной пленкой для снижения размытия буртов в дождливый сезон или пересыхания буртов от прямых солнечных лучей в жаркую погоду, также водоподготовка, включающая напорную или безнапорную фильтрацию обезжелезивания и деманганации фильтрата для приготовления микробиологических растворов, стабилизацию пермеата осмотических или ультрафильтрационных систем, корректировку значения рН фильтрата, также бойлерная с косвенным нагревом раствора при активации микробиологических комплексов и воздушное барботирование раствора, также автоматическая фасовочная линия или отгрузка навалом.

3. Комплекс по п. 2, отличающийся тем, что предусмотрен дополнительный производственный комплекс модификации получаемых почвогрунтов вермикомпостированием внесением червей или личинок, обработкой паром для получения почвогрунтов.