Способ возделывания угольных и лигнитовых шахтных полей

 

Способ предназначен для рекультивации отвалов угольных месторождений с большим содержанием серы, образующихся в результате вскрышных работ. В грунт отвалов вводят абсорбирующие полимеры, повышающие его способность удерживать воду в количестве, превышающем их вес в 200-300 раз. Использование таких полимеров в сочетании с внесением удобрений в виде покрытия на последних обеспечивает экономию воды и минеральных веществ для питания растений в неблагоприятных грунтовых условиях за счет ионного обмена и сорбции-десорбции удобрений. 6 з.п. ф-лы, 5 табл.

Изобретение относится к способу сельскохозяйственного использования лигнитовых и угольных шахтных полей, образующихся в результате вскрышных работ. Способ, в частности, описывает оригинальную попытку введения технологических продуктов в эти поля, которые способствуют экономии воды, пригодности воды и восстановлению плодородия почв лигнитовых и шахтных угольных месторождений после извлечения углеродсодержащих веществ, осуществлению земледелия с массированной эксплуатацией теплиц.

Лигнитовые и угольные шахтные поля, образующиеся в результате извлечения более богатых пластов при проведении вскрышных работ с отбрасыванием земли и перевалкой ее в отвалы, образуют поверхности, содержащие углистые вещества, при этом такие поверхности являются несбалансированными почвами и тем более не являются богатыми плодородными почвами. Кроме того, эти поверхностные слои почвы, оставшиеся после извлечения и перевалки в отвалы, содержат также серу, обычно в больших количествах, порядка 0,5 - 3%. Содержащаяся в этой почве сера очень быстро превращается в серную кислоту в результате окислительного воздействия тиоокислительных бактерий, которые окисляют серу.

Почвы лигнитовых и угольных шахтных полей, образующихся в результате технологии вскрышных работ, считаются проблематичными и зараженными, и их обработка в интернациональном масштабе может осуществляться двумя путями: a) покрывание верхнего слоя почвы этих шахтных полей удобрениями на глубину от 0,8 до 1,20 м, что является очень дорогостоящим и трудоемким решением, которое, однако, несмотря на эти трудности, сегодня повсеместно применяется.

b) удаление верхнего слоя почвы перед проведением вскрышных работ угольных месторождений. Верхний слой почвы собирается в валы и сохраняется в закрытых нишах или убежищах до тех пор, пока месторождение не будет выработано, а затем его помещают на поверхности полученного шахтного поля. Это решение является технически и экологически правильным, однако, на практике ему не следуют из-за очень высокой чувствительности и высокой стоимости.

Следовательно, восстановление почв, полученных после разработки угольных, лигнитовых или молодых лигнитовых месторождений является трудным делом. Поскольку эти поля не могут быть улучшены естественным путем, необходимо найти решение, как улучшить их и сделать их плодородными. Кроме вышеупомянутых для таких угольных и лигнитовых месторождений возникают проблемы из-за неустойчивости почвы и также того, что почва не удерживает и не сохраняет воду. Они также непрерывно насыщаются городскими кислотными осадками. В случае длительной эксплуатации теплоэлектростанций это в результате приводит к нейтрализации всех щелочных свойств почвы и образованию кислотных участков.

Подсчитано, что по крайней мере 60% серы в углеродсодержащем веществе после сжигания для производства электричества выпадает в виде газа или в виде зольной пыли или копоти на участки разработки и добычи лигнита или каменного угля. При эксплуатации месторождений это дает следующие величины насыщения или нагрузки (в тоннах/год) (табл. 1).

Все вышеупомянутые кислотные осадки загрязняют землю на этом участке и постоянно нейтрализуют щелочные свойства почвы. Но щелочные свойства или щелочность являются конечным результатом или следствием образования кислотных маршрутов или участков. Признано, что содержание серы в почве лигнитовых месторождений достигает высоких значений, и при возобновлении земледелия биологическое окисление серы в серную кислоту будет ускоряться, разрушать и пагубно воздействовать на функционирование почвы лигнитовых месторождений, как это показал анализ, проведенный в Мегаполисе в Греции (табл. 2).

Следовательно, сельскохозяйственное использование угольных и лигнитовых шахтных полей в настоящее время неосуществимо вследствие того, что они не обладают природным плодородием, а решение использовать сегодня шахтные поля с глубиной почвы порядка 0,80 - 1,20 м очень дорогостоящее и не дает возможности, поскольку это трудно, найти более плодородную почву для перенесения ее на эти шахтные поля. С другой стороны, эксплуатация теплоэлектростанций непрерывно вынуждает добывать каменный уголь или лигнит (бурый уголь) путем открытой разработки месторождения с последующим сжиганием их для получения все большего и большего количества выпадающих осадков из атмосферы. С третьей стороны, необходимо обеспечить занятость местного населения в сельскохозяйственных работах при удовлетворительном заработке, а это возможно только посредством теплиц, которые также должны эксплуатироваться в дополнение к электростанциям.

Дополнительный нагрев теплой охлаждающей водой, которую в этих районах можно получить в огромных количествах, значительно снижает стоимость. Однако теплицам также необходимы перегной и способность удерживать воду. По опыту определено, что эксплуатация теплиц приводит к загрязнению почвы, и через 2-4 года теплицу необходимо перенести на новую землю или почву. Эти условия, однако, не могут превалировать в теплицах, эксплуатируемых на угольных и лигнитовых шахтных полях, поскольку их необходимо проектировать на более высоком техническом уровне, и их перенос, следовательно, является очень дорогостоящим.

Предложенное решение улучшения таких зараженных полей и введение в действие эксплуатации теплиц является чрезвычайно оригинальным и очень прибыльным. Это решение основано на вышеупомянутых требованиях и ведет к плановому производству, стабильной и высокой способности удерживания воды и эксплуатации таким образом, что обеспечивается возможность регулирования питания в соответствии с существующей биологической потребностью и полного его использования, при этом питание отрегулировано таким образом, что оно расходуется медленно с тем, чтобы не было повреждения почвы, и вещества не выбрасывались в окружающую среду. Изобретение включает: a) использование технологических полимерных продуктов, которые в большем количестве удерживают воду в почве (в 200 - 300 раз больше их веса). Удерживаемая вода количественно распределяется таким образом, чтобы обеспечить необходимое питание растений, поскольку она содержится в виде молекул и не может ни испаряться, ни просачиваться в почву. Такое состояние воды поддерживается постоянно, при этом обеспечивается 12-кратная экономия воды. Кроме того, эти продукты повышают питание путем ионообмена и неограниченной способности абсорбции-десорбции, поэтому они действуют как промоторы плодородия, которые за счет программирования могут привести к высокому качеству и количеству пищевых продуктов.

b) использование удобрений, пестицидов и следов металлов и т.п. для нанесения в водонерастворимой форме, которые биологически восстанавливаются в почве.

Продукты вышеуказанных типов a) и b) продаются в настоящее время подобно полиакриламидам и используются в качестве супера сорбентов воды и элементов питательного покрытия удобрений, но они не сталкиваются с вышеупомянутыми требованиями при эксплуатации теплиц на угольных и лигнитовых месторождениях.

Вышеупомянутые решения были исследованы и реализованы изобретателем настоящего изобретения с помощью тех же продуктов, которые автор усовершенствовал, а именно удобрений с покрытием с торговой маркой Bioval-BRF, описанных в патенте США 5137563 и обработанных полимеров с торговой маркой Hydroval-X, описанных в соответствующем патенте Греции.

Технологические полимерные продукты в своем большинстве являются производными из рециклированных полимеров, удерживающих воду, в 250 раз превышающих их вес, и пригодны для многократного выращивания растений, сохраняясь в почве в течение многих, вплоть до 30 лет. Удобрения с покрытием расходуются в почве в соответствии с существующей биологической активностью, которая повышается за счет действия Hydroval-X. При использовании этой пары технологических продуктов повышается непрерывное питание и рост растений в почве, обеспечивается непрерывная подача воды, экономия воды и возможность расходовать все питательные вещества Bioval-BRF. Поэтому на почве не образуются никакие насыщающие или нагружающие ее вещества, в связи с чем не возникает необходимости ее замены. Таким образом, в результате такого оригинального и высокорентабельного решения создаются условия, при которых теплицы можно эксплуатировать без переноса через 2-4 года, что в действительности создает особые условия в тех участках, где еще действуют электростанции и образуются кислотные осадки. Однако почвы угольных и лигнитовых месторождений, где, как предполагается, должны действовать теплицы, нестабильны и содержат серу. Поэтому при введении установок для выращивания и производства биомассы она будет окисляться в серную кислоту. При проведении интенсивной эксплуатации теплиц эти события будут ускоряться. Изобретение справляется с этим следующим образом. Почву в теплице смешивают с измельченным в порошок углекислым кальцием в таком количестве и на такую глубину, чтобы обеспечить безопасные условия эксплуатации без риска порчи продукции кислотными загрязнениями.

Пример 1 На участке почвы шириной 25 м, длиной 60 м, на котором должны соорудить теплицу, экскаватором вынимают грунт на глубину 1,5 м. Извлеченную почву смешивают с измельченным в порошок углекислым кальцием и бурят скважины, заполняя их углекислым кальцием, оставляя незаполненным верхний слой в 30 см. Оставшуюся вынутую почву с углекислым кальцием тщательно смешивают с Hydroval-X 1 о/оо w/w (процентов веса в весе, т.е. процентное соотношение весов) и 5 о/оо w/w Bioval-BRF (т.е. на 1 часть почвы 1 вес. часть Hydroval-X и 5 вес. частей Bioval-BRF) и используют для заполнения свободной части глубиной в 30 см. На кондиционированной таким образом земле затем сооружается конструкция теплицы, которая должна использовать тепло, подаваемое теплоэлектростанцией в виде теплой охлаждающей воды из паровой турбины.

Пример 2 Лигнитовую почву Мегаполиса, Греция, которая после Н202 окисления должна иметь кислотность pH 6,5, обрабатывали в соответствии с примером 1 и сооружали на ней теплицу с теплосетью, питаемой охлаждающей водой, подаваемой теплоэлектростанцией, с постоянной температурой 30^oC и насыщенной влажностью. Почва теплицы спланирована таким образом, что она параллельна раме или каркасу, содержащей необработанную лигнитовую почву, при этом в обе были посажены саженцы томатов, которые орошались каждые 3 дня. Получены следующие результаты (табл. 3).

Пример 3 В лигнитовую почву (грунт) Птолемейса, Греция, которая после окисления (Н202) имела pH 5,6, производили высаживание томатов, как в примере 1. Получены следующие результаты (табл. 4).

Пример 4 На лигнитовый грунт Птолемейса, который после окисления (Н202) имел pH 6,8, были помещены растения латука (салата) и в грунт теплицы, и в грунт рамы при температуре 30^oC, которые орошали каждые 2 дня (табл. 5).

Пример 5 В грунте теплицы примера 4 исследовали условия экономии воды. После 12 дней выращивания растений орошение последних прекращали. Растения увядали на 42 день. В промежутке между этими днями рост растений был нормальным без различий между растениями. В результате этого имеется возможность экономии воды более чем в 7 раз без воздействия на рост.

Формула изобретения

1. Способ возделывания угольных или лигнитовых шахтных полей, содержащих отвальных грунт с большим содержанием серы, способной превращаться посредством окисления в сернистую кислоту, пониженной способностью удерживать воду и пониженной способностью выращивать растения по сравнению с первоначальным грунтом до начала разработок, включающий обработку отвального грунта путем смешивания отвального грунта с абсорбирующими полимерами повышающими способность отвального грунта удерживать воду, введение в него удобрений, повышающих ее плодородность, и культивацию растений в обработанный грунт, отличающийся тем, что полимеры выбирают так, что при их смешивания с грунтом в достаточном количестве они молекулярно включают воду и существенно препятствуют испарению воды или ее инфильтрации в грунт, удерживают воду в количестве, составляющем около 200 - 300 раз их веса, и способствуют вовлечению удобрений в грунт путем ионного обмена и сорбции-десорбции удобрений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что растения культивируют в обработанный грунт в теплице.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в теплице поддерживают температуру, необходимую для культивации растений, по меньшей мере частично, за счет использования охлаждающих тепловых вод теплоэлектростанций.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют полимеры, способствующие экономии воды и биологически контролируемому питанию растений, при этом полимеры увеличивают экономию обработанного грунта до 10 раз с предельной эффективностью питания и с ионным обменом и абсорбцией-десорбцией удобрений.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что при обработке отвального грунта путем его смешивания с абсорбирующими полимерами, повышающей эффективность плодородия поля, обработанный грунт действует как основа и не вырождается или не загрязняется, благодаря чему обработанный грунт подходит для культивации растений в теплице в течение большого периода времени.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в отвальный грунт, содержащий серу в количестве около 0,5 - 3 вес.% до введения распыленного углекислого кальция, его вводят в грунт в количестве около 1 - 2%.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют удобрения, содержащие водонерастворимую оболочку, которая биологически разрушается и которая высвобождается в обработанный грунт постепенно.

РИСУНКИ

Рисунок 1