9.4. Использование донных отложений озер

Общие запасы сапропелей в бывшем СССР оценивались в 250 млрд м³ сырой массы, а во всем мире около 500 – 600 млрд м³. Каждый год объем сапропелей в озерах увеличивался на 1-2 млрд м³. Наибольшие запасы сапропелей сосредоточены в зоне тайги (рис. 9.10).

Рис. 9.11. Прогнозная схема обеспеченности территории Беларуси малозольными (30 %) сапропелями: изолинии обеспеченности проведены через 2,5 тыс. м³/км²; штриховкой обозначена территория, где отсутствуют малозольные сапропели (по Б.В. Курзо, 1989)

В районах, богатых озерами, в частности в Беларуси, все большее значений приобретает вопрос добычи и использования сапропеля в народном хозяйстве. При этом идет речь о мощных залежах, заполняющих котловины высокоэвтрофных и дистрофирующих озер, которые сосредоточены в основном в Белорусском Поозерье (рис. 9.11.).

Все месторождения сапропеля образовались в голоцене. Залежи сапропеля межледниковых озер встречаются редко. Более древние сапропели превратились в горючие сланцы.

Мощность сапропеля не превышает 10 м, но в отдельных случаях бывает и более 40 м (озеро Сомино Ярославской области).

Сапропель обладает коллоидной структурой и в естественном состоянии имеет очень высокую влажность.(60-97 %). Наибольший эффект дает применение сапропеля в смеси с другими минеральными и органическими удобрениями. Для решения конкретных вопросов необходимо сотрудничество между озероведами и агрономами.

Методика отбора донных отложений в принципе не отличается большой оригинальностью. При небольших глубинах озер для отбора проб отложений с разной глубины применяются различные конструкции буров. Одним из самых удачных конструкций является бур Райта. При глубине воды 30 м конструкторам бура удавалось получать керн длиной более 10 м. Бур института торфа состоит из желонки, диной 1 м. пластины длиной 1 м способной вращаться внутри желонки и соединительных штанг. Отбор керна в желонку производится поворотом пластины вокруг оси на нужной глубине в толще отложений.

В первую очередь сапропель — великолепное удобрение под различные сельскохозяйственные культуры. Он служит в качестве добавки в корм животным и птице. Все чаще сапропель находит применение в медицине, главным образом в бальнеологии. Использование сапропеля в промышленности связано с производством некоторых строительных материалов, а также с литейным делом.

Рис. 9.12 Динамика добычи сапропеля в Беларуси, тыс. т./год

В настоящее время органический сапропель добывается в озерах Судобле (Минская область), Дикое (Гродненская область), Святое (Гомельская область), Червоное (Гомельская область), Мотоль (Брестская область) Мяно (Витебская область). Однако в связи экономическими трудностями и трудоемкостью и сложностью добычи сапропелей динамика добычи имеет тенденцию к ее снижению (рис. 9.12). Наибольшие объемы добычи приходятся на конец 90-х годов, когда многие озера были взяты в аренду и на них была организована добыча сапропелей предпринимателями.

Несмотря на определенные технические трудности добычи сапропелевого сырья, возможность использования их в народном хозяйстве весьма перспективна (рис. 9.13).

При добыче сапропелей важным является экологический фактор. Нарушение экосистемы приводит к изменению трофности озера. В малых озерах сосредоточено около 0,7 млрд м³ сапропелей., или 25% от общих геологических запасов. Поэтому для восстановления озер необходимо извлечение из экосистем донных отложений. В настоящее время в Беларуси применяют гидромеханизированный, грейферный и шнековый способы добычи. Анализ этих способов добычи дает основание на создание новых схем селективной добычи сапрпелей естественной влажности с требуемыми свойствами.

Практика добычи сапропеля на озере Судобль методом изолированных объемов показало, что взмучивание пелогена приводит к обогащению придонного слоя воды азотом в 1,5-2,0 раза, железом – в 3 раза, в меньшей степени – фосфором и калием. На основании модельных лабораторных и производственных исследований, разработаны факторы экологобезопасной добычи сапропелей (табл. 9.3), в основу которых положены морфометрические характеристики озер и состояние сапропелей в залежи (О.Гайдукевич, 2002). В качестве основных экологических критериев, оказывающих ощутимое влияние на экосистему озера является заиленность водоема, мутность и площадь ее распространения, реорганизация рельефа водосбора при устройстве полей сушки. Технико-экономический анализ применяемых в республике способов добычи сапропелей показывает, что гидромеханизированный способ эффективен в основном на больших озерах с сезонной производительностью более 6- тыс. т, грейферная технология – на сравнително малых водоемах средней площадью около 30 га.

Таким образом, современным экологическим и технико-экономическим требованиям при эскавации донных отложений в малых водоемах в наибольшей степени соответствуют многоковшовые рабочие органы. Метод дает возможность вести селективные добычные работы с нужного горизонта без вскриши вышележащих донных отложений повышенной влажности и удаления слоя пелогена.

Таблица 9.3

Основные факторы экологобезопасной добычи озерных сапропелей

Операция	Факторы		Влияние на экосистему озера
	технологический	экологический	положительное	отрицательное
Экскавация	Объем извлечения	Заиленность водоема	Снижение5 заиленности, увеличение объема воды	Замедление водообмена
	Площадь разработки	Уничтожение водной растительности	Увеличение площади зеркала	Нарушение равновесия в системе планктон-макрофиты и усиление трофности
	Способ и глубина разработки, селективность извлечения	Глубина воды, равномерность и полнота извлечения. Высвобождение биогенных элементов	Увеличение глубины воды, отсутствие застойных зон, сдерживание эвтрофирования	Образование застойных зон, усиление эвтрофирования, ухудшение кислородного режима
	Производительность установки	Мутность воды и состав гидробионтов	Ускорение гидрохимических и гидробиологических процессов	Увеличение поля мутности
Транспорт	Потребление нефтепродуктов	Образование нефтяных пленок и сорбция их донными отложениями	-	Ухудшение кислородного режима. Загрязнение донных отложений
	Способ и структура коммуникаций	Мутность воды, площадь распространения и ее миграция	Минимальные изменения скорости фото- и хемосинтеза	Нарушение фото- и хемосинтеза, миграция и распространение поля взвеси
Сушка	Площадь и расположение полей сушки	Изменение рельефа водосбора и характера сельхозугодий	Снижение поступления веществ с водосбора в озеро	Изъятие плодородных земель
	Объем и состав возвратной воды	Увеличение поступления биогенных элементов	Возврат в озеро осветленной воды	Рост продуктивности фитопланктона за счет увеличения внешней нагрузки

Промышленность

Сельское хозяйство

Медицина

Производство строительных материалов

Литейное дело

Кормопро изводство

Сорбент при утилизации сто ков животно водческих ферм

Орошение сель скохозяйствен ных угодий водо-сапропелевой пульпой и от стойными водами

Удобре ния

Бальнеология

Пористая керамика

Формовоч ные смеси

Добавки в корм живот ным и птицам

Кольматация почв

Фармаколо гия

Тепло- и звуко изоляционные материалы

Гранулирован ные комбикор ма

•

Нейтрализующее средство

Пиелофоно-терапия

Спецзаполни тели бетона

Выращивание дрожжей

Органо-минераль-ные гранулирован ные смеси

Рис. 9.13. Возможные области применения сапропеля (по Лапотко, 1978)

Конец 60-х годов прошлого века явился началом интенсификации сельского хозяйства, роста городов и промышленности, широко развития мелиоративных работ. Как же не парадоксально, но НТР оказала отрицательное влияние на состояние лимносистем. Озера становятся не только источниками водоснабжения, но и активно включаются в мелиоративные системы, в качестве приемников, неочищенных промышленных бытовых стоков. Кроме токсических примесей они содержат биогенные элементы, главным образом фосфор и азот, в результате чего скачкообразно увеличиваются продукционные процессы, уровень трофии, что в конце концов приводит к ухудшению качества воды и гипертрофированию.

Наличие большого количества материала позволило определить ряд приоритетных показателей для оценки качества воды и степени антропогенного эвтрофирования (табл.9.4). В итого озера Беларуси разделены на 3 основные группы с количественными показателями основных репрезентативных элементов (табл. 9.5):

I группа (около 10%) включает мезотрофные с признаким олиготрофии озера с водой высокого качества, пригодная для питьевого водоснабжения.

II группа (до 70%) с разной степенью трофического уровня, в основном неглубокие и мелководные. Пригодные для всех видов хозяйственного использования.

III группа (около 10%) озер отличается водой низкого качества, утративших природно-ресурсный патенциал в порядке экстенсивного антропогенного загрязнения. Они могут относиться к первоначально мезотрофном и эвтрофном озерам.

В прилагаемой таблице для каждой группы приводится пример.

Таблица 9.4.

Озеро генетический тип	Группа	Прозрачность, м	Цветность, град.	Перманентная окисляемость	ППК, мгО2/л	Содержание кислорода, %	РО4^-, мг/л	Биомасса фитопланктона, г/м^3	Соотношение биомассы фито и зоо
Болдук, мезотр. С приз.	I	5-4	<15	<10	1,4	До 100	0,005	1,60	0,5:1
Олиготроф. С призн. Олигот. Рудаково	I	5,5	<10	12	2,8	До 100	0,006	До 1,5	0,5:1
Мнюта Эвтрофное	I	>7	10	<10	1,6	100-110	0,003	До 3,0	2:1
Нарочь мезотрофн	II	1,9	15	10	3,2	110-115	0,002	5,70	2:1
Загатье Эвтрофное мелководное	II	1,7	-	90	2,5	100-110	0,003	6,80	2:1
Лесковичи с призн. Олиготр. Загрязнен.	III	0,5	40	15	>5	>110	>0,05	>30	30:1
Круглик тоже	III	0,6	35	18	>5	110-115	0,05	До 40	22:1
Забельское мелководн. загязенное	III	0,3	80	22	>6	120	До 1,0	35	22:1

Таблица 9.5.

Перспективным направлением является использование сапропеля в бальнеологии (рис. ) , по Иванов, Малахов, 1963

Основные группы грязей	Условия образования	Основные типы	Место образования	Характерные подтипы
А. Торфяные Б. Иловые В. Псевдовул­канические	В болотных условиях в результате разложения высшей растительности Отложение в водоемах органических, органо-мине-ральных и минеральных илов, изменение их под влиянием биологических, физических и химических процессов Разложение горных пород под действием высоких давлений, газов, минера­лизованных вод	I. Пресноводные торфяные грязи II. Минерализован­ные торфяные грязи III. Сапропели IV. Сульфидные (минеральные) грязи V. Глинистые илы и глины VI. Сопочные грязи VII. Гидротермальные грязи	В пресноводных болотах В болотах с минерализованными водами В пресноводных водоемах, богатых органическим мате­риалом В водоемах с минерализованными водами, с различным количеством органического материала В водоемах, бедных органическими материалами В кратерах грязевых вулканов В районах современного вулканизма, на участках выхода газо-паровых струй	1. Низкозольные 2. Высокозольные 1. Сероводородные 2. Кислые железистые (купоросные) 1. Низкозольные 2. Высокозольные 1. Озерно-ключевые 2. Материковые 3. Приморские 4. Морские 1. Пресноводные 2. Соленоводные

188