авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |
-- [ Страница 1 ] --

Национальная академия

наук Беларуси

Институт природопользования

НАН Беларуси

Белорусский

республиканский

фонд фундаментальных

исследований

Проблемы природопользования:

итоги и перспективы

Материалы

Международной научной конференции

(к 80-летию Института природопользования)

Минск 21–23 ноября 2012 г.

Минск РУП «Минсктиппроект»

2012 УДК 504:338:66(476) ББК 20.18(4Беи)я43 Е 24 Рекомендовано ученым советом Института природопользования НАН Беларуси (протокол №10 от 31 октября 2012 г.) Редакционная коллегия:

член-корр. А.К. Карабанов – ответственный редактор акад. Н.Н. Бамбалов;

канд. геогр. наук Н.К. Быкова;

акад. И.И. Лиштван;

канд. хим. наук В.К. Жуков;

акад. В.Ф. Логинов;

канд. геогр. наук О.В. Кадацкая;

акад. А.В. Матвеев;

канд. техн. наук С.И. Коврик;

д-р техн. наук Г.П. Бровка;

канд. геогр. наук Л.А. Кравчук;

д-р техн. наук С.В. Какарека;

канд. ф.-м. наук Ю.Ю. Навоша;

д-р техн. наук Б.В. Курзо;

канд. г.-м. наук В.И. Пашкевич;

д-р геогр. наук Т.И. Кухарчик;

канд. техн. наук В.А. Ракович;

д-р техн. наук Г.В. Наумова;

канд. с.-х. наук Г.А. Соколов;

д-р геогр. наук В.С. Хомич;

канд. геогр. наук М.И. Струк;

канд. хим. наук А.Э. Томсон;

канд. техн. наук Ю.Г. Янута Рецензенты:

акад. А.Р. Цыганов;

д-р геогр. наук В.Н. Киселев Проблемы природопользования: итоги и перспективы : материалы Е24 Междунар. научн. конф., г. Минск, 21–23 ноября 2012 г. / Нац. акад. наук Беларуси [и др.];

редкол.: А.К. Карабанов [и др.]. – Минск : Минсктиппро ект, 2012. – 333 с.

ISBN 978-985-7031-18- В сборник включены материалы научных исследований по проблемам природопользования в Беларуси и сопредельных странах. Рассматриваются вопросы генезиса, структурообразования и переработки твердых горючих ископаемых, а также технологии получения новых продуктов и материалов различного назначения. Приводятся результаты геоэкологических исследований, изучения природно-ресурсного потенциала и устойчивого развития территорий. Представлены материалы комплексного изучения строения земной коры и мантии для поиска полезных иско паемых и рационального использования недр.



Книга предназначена для широкого круга ученых, специалистов и лиц, интересующихся проблемами природопользования и экологии.

The conference proceedings include the results of nature management in Belarus and neighboring countries. The problems of the genesis, structure formation and processing of combustible minerals are considered. In a number of articles the technologies of obtaining of new products and materials for different purposes are presented. Whole series of articles devote to various aspects of geo-ecological research, study of natural resource potential and sustainable development of the territories. Materials of integrated research on the Earth's crust and mantle for prospecting of minerals and rational use of mineral resources are also introduced.

The book is addressed to a wide range of scientists, experts and individuals concerned with nature management and ecology.

УДК 504.338:66(476) ББК 20.18(4Беи)я © Институт природопользования НАН Беларуси, ISBN 978-985-7031-18- © Оформление. РУП «Минсктиппроект», Секция ГЕНЕЗИС, СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И ПЕРЕРАБОТКА ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ (ТОРФА, БУРЫХ УГЛЕЙ, ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ, САПРОПЕЛЯ).

ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ ПРОДУКТОВ И МАТЕРИАЛОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО, СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО И ПРИРОДООХРАННОГО НАЗНАЧЕНИЯ УДК 665.7.035.6 (476) В.Н. Алейникова ИССЛЕДОВАНИЕ СОЛЕСТОЙКОСТИ УГЛЕЩЕЛОЧНЫХ СУСПЕНЗИЙ Институт природопользования НАН Беларуси, Минск, Республика Беларусь e-mail: everan@tut.by В статье рассмотрено влияние балластной части и обработки ультразвуком на солестой кость углещелочных суспензий, полученных из углей Житковичского месторождения Беларуси. Ре зультаты показали, что удаление балластной составляющей повышает устойчивость данных сус пензий по отношению к NaCl, в то время как обработка ультразвуком ее снижает.

В настоящее время основная масса химических реагентов буровыми предприятиями Беларуси приобретается за пределами республики, многие из которых являются синтетическими полимерами или неорганическими соединениями и могут наносить вред окружающей среде.

Природные органогенные материалы являются дешевым и эффективным сырьем для производства гуматных реагентов как базовых субстанций для получения буровых растворов и тампонажных суспен зий, как неотъемлемых компонентов буровых технологий, т.к. в их состав входят основные компоненты, необходимые для получения растворов и реагентов, используемых в бурении скважин. Минеральная со ставляющая каустобиолитов представлена тонкодисперсными глинистыми минералами, карбонатными породами, окислами металлов. Органическая составляющая содержит комплекс ценных высокомолеку лярных соединений (гуминовые соединения, легко- и трудногидролизуемые вещества, битумы, углеводы, природные жирные кислоты), которые выполняют роль стабилизаторов минеральной составляющей.

Среди таких традиционных источников гуминового сырья как торф, сапропели, разведанные в последние годы в нашей республике месторождения бурого угля представляют весьма перспективное сырье для производства гуминощелочных реагентов, как стандартизованной базовой композиции при приготовлении на их основе буровых растворов, тампонажных суспензий применительно к конкрет ным условиям прохождения той или иной скважины.





Однако одним из главных недостатков углещелочных реагентов (УЩР) является значительная чувствительность обработанных ими буровых растворов к действию агрессивных ионов (Na+, K+ Ca2+, Mg2+ и др.), т.к. эффективность действия водорастворимых гуматов натрия как стабилизаторов дис персных систем в значительной степени зависит от состава дисперсионной среды [1].

В присутствии электролитов в системе глина – вода – гуматы натрия образуется еще один ком понент дисперсной фазы – практически нерастворимые в воде гуматы щелочноземельных и тяжелых металлов. В результате стабилизирующий эффект гуматов снижается. Состояние системы и ее реоло гические свойства в значительной степени определяются теперь уже способностью новой фазы к структурообразованию и характером взаимодействия ее с дисперсионной средой [1]. Разработка ме тодов модификации данного реагента позволила бы устранить этот недостаток, а организация его производства в нашей стране на основе местного сырья позволила бы сэкономить большие средства, затрачиваемые на приобретение УЩР в других странах.

Методика эксперимента. Для проведения исследования были выбраны следующие факторы:

– присутствие в УЩР балластной составляющей (состоит из форменных, неразложенных эле ментов);

– обработка суспензий ультразвуком.

Определение устойчивости УЩР в зависимости от различных факторов проводили с помощью реологических исследований.

Основная задача реологии структурированных систем – установление зависимости между силами, действующими на реальные дисперсные системы, и деформациями, вызываемыми этими силами [2–4].

При реологических исследованиях изучается функциональная зависимость между градиентом скорости течения () и напряжением сдвига (), которые графически выражаются в виде кривых течения.

Анализ проводился следующим образом. Исходные образцы были получены по методике: бу рый уголь Житковичского месторождения (БУ) с влажностью 53,1% и зольностью 21,7% измельчали на мельнице МПР-2, затем обрабатывали NaOH при соотношении бурый уголь: щелочь 8:1 и остав ляли при периодическом перемешивании на трое суток. Затем образец делили на две части, в одной из которых удаляли балластную составляющую с помощью центрифуги ЦВ-01/1 (время разделения 20 мин, скорость вращения ротора 3600 об/мин). Приготовленные таким образом УЩР имели харак теристики, представленные в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики приготовленных реагентов УЩР балластный УЩР безбалластный влажность, % зольность, % влажность, % зольность, % 90,6 25,2 90,2 27, Влажность и зольность определяли по СТБ 2042 – 2010.

Далее часть исходных образцов подвергали воздействию ультразвука при различных парамет рах обработки (изменяли мощность и время обработки): 630 Вт – 1 мин;

630 Вт – 3 мин;

1260 Вт – мин;

1260 Вт – 3 мин. Образцы обрабатывали ультразвуком с помощью ультразвуковой установки с пьезоэлектрическим излучателем производства фирмы «ИНЛАБ» (Россия) ИЛ 100–6/1 (рисунок 1):

мощность установки – 1260 Вт, рабочая частота – 22 ± 10 % кГц, амплитуда колебаний – не менее мкм, объем обрабатываемой суспензии – 200 мл.

Рисунок 1 – Ультразвуковая установка с пьезоэлектрическим излучателем К исходным образцам, а также к каждому образцу, обработанному ультразвуком, приливали раствор NaCl до концентрации соли в реагенте 5%. Для установления динамического равновесия приготовленные растворы выдерживались сутки, а затем проводилось измерение вязкости (, Па·с) на ротационном вискозиметре Полимер «РПЭ – 1М.3» при следующих скоростях сдвига: (, с-1): 0,3461;

0,6921;

1,384;

2,768;

5,537;

11,07;

22,15;

44,3;

88,59;

177,2;

354,4;

708,8. По экспериментальным дан ным строили полные реологические кривые течения, на основе которых определяли основные реоло гические характеристики (наибольшую пластическую вязкость практически неразрушенной структу ры 0*, наименьшую пластическую вязкость по Бингаму m*, статический Рk1 и динамический Рk2 пре делы текучести).

Результаты и их обсуждение. Полученные реологические кривые имеют S-образный вид и ха рактерны согласно [2–4] для твердообразных дисперсных структурированных систем (рисунки 2 и 3).

Условные обозначения:

1 – исходный образец;

2 – мощность обработки образца 1260 Вт, время обработки 1 мин;

3 – мощ ность обработки образца 630 Вт, время обработки 1 мин;

4 – мощность обработки образца 1260 Вт, время обработки 3 мин;

5 – мощность обработки образца 630 Вт, время обработки 3 мин Рисунок 2 – Полные реологические кривые течения безбалластных УЩР до и после обработки ультразвуком в присутствии NaCl с концентрацией 5% Для систем, обладающих высокой тиксотропией, к которым относятся и исследуемые диспер сии, наименьшая ньютоновская вязкость может быть зафиксирована при высоком градиенте скорости сдвига. Исследуемый ротационный вискозиметр обеспечивает максимальную скорость сдвига 708,8 с-1, что не позволяет получить на реологических кривых течения дисперсий УЩР участок кри вой течения, соответствующий наименьшей ньютоновской вязкости.

Полученные данные (таблица 2) свидетельствуют, что добавление NaCl приводит к существен ному изменению реологических параметров, дисперсии становятся менее текучими, происходит пе рестройка естественных агрегатов, и вследствие разрыва и ослабления межагрегатных связей созда ются условия для проникновения катионов внутрь агрегатов, их компактность повышается.

При оценке изменения эффективной вязкости дисперсий УЩР установлено, что наибольшей солестойкостью обладает безбалластный УЩР.

Вязкость исходных образцов, обработанных ультразвуком при различных параметрах, практи чески между собой не отличается. Отличия есть только между образцами с балластной составляющей и без нее. Значения вязкости обработанных реагентов ниже, чем исходных образцов. Однако при вве дении соли ситуация изменяется. Реологические характеристики обработанных образцов становятся значительно выше исходных. Причем наибольшее увеличение вязкости происходит у реагентов с балластной составляющей при увеличении времени и мощности обработки.

Условные обозначения:

1 – исходный образец;

2 – мощность обработки образца 630 Вт, время обработки 1 мин;

3 – мощ ность обработки образца 1260 Вт, время обработки 1 мин;

4 – мощность обработки образца 1260 Вт, время обработки 3 мин;

5 – мощность обработки образца 630 Вт, время обработки 3 мин Рисунок 3 – Полные реологические кривые течения балластных УЩР до и после обработки ультразвуком, в присутствии NaCl с концентрацией 5% Таблица 2 – Реологические параметры суспензий УЩР Реологические параметры Параметры Рk1, Па Рk2, Па *0, Па·с *m, мПа·с ультразвуковой при до- при до- при до- при до обработки образцов без без без без бавлении бавлении бавлении бавлении УЩР NaCl NaCl NaCl NaCl 5% NaCl 5% NaCl 5% NaCl 5% NaCl Балластный УЩР Исходный образец 2,2 3,6 10,4 9,4 0,1 0,15 18,55 11, 630 Вт, 1 мин 8,4 6,2 40,6 12,1 1,24 0,38 33,5 15, 630 Вт, 3 мин 8,4 13,3 41,1 59,0 1,34 1,67 34,2 47, 1260 Вт, 1 мин 8,4 7,6 40,7 18,1 1,27 0,24 33,1 14, 1260 Вт, 3 мин 8,4 11,7 40,9 44,9 1,28 2,1 33,9 41, Безбалластный УЩР Исходный образец 1,8 3,2 8,0 9,2 0,12 0,28 4,6 5, 630 Вт, 1 мин 1,9 9,3 8,7 27,0 0,12 0,67 9,1 630 Вт, 3 мин 2,1 10,3 8,8 45,1 0,12 3,94 9,4 42, 1260 Вт, 1 мин 1,9 8,1 8,8 14,3 0,12 0,32 8,7 12, 1260 Вт, 3 мин 2,0 11,1 8,9 35,9 0,12 0,99 8,9 21, Заключение. Полученные данные свидетельствуют, о том, что солестойкость углещелочной суспензии значительно увеличивается при удалении балластной части, в то время как обработка уль тразвуком приводит к значительному снижению устойчивости суспензий по отношению к NaCl.

• Литература 1. Лиштван И.И., Круглицкий Н.Н., Третинник Р.Ю. Физико-химическая механика гуминовых веществ.

Мн.: Наука и техника, 1976. 264 с.

2. Бибик Е.Е. Реология дисперсных систем. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1981. 172 с.

3. Косаревич И.В. Структурообразование в дисперсиях сапропелей. Мн.: Наука и техника, 1990. 248 с.

4. Косаревич И.В., Битюков Н.Н., Шмавонянц В.Ш. Сапропелевые буровые растворы. Мн.: Наука и тех ника, 1987. 191 с.

УДК: 622.641.047: 552.577: 542. А.Е. Афанасьев1, Э.А. Кремчеев ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ГРАВИТАЦИОННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В ПРОЦЕССЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖИ НАРУШЕННОЙ СТРУКТУРЫ Тверской государственный технический университет, Тверь, Россия e-mail: peatpro@gmail.com Горный университет, Санкт-Петербург, Россия e-mail: kremcheev@spmi.ru Показана возможность оценки эффективности гравитационного обезвоживания навала тор фяного сырья без учета испарения влаги с его поверхности в зависимости от высоты, критической толщины, интенсивности потока и количества влаги в слое после осадки.

Теоретические предпосылки. При изучении влагопроводности переувлажненной торфяной за лежи нарушенной структуры под действием гравитационных Pg и капиллярно-осматических сил Pk создаются условия, когда Pk=Pg, при которых интенсивность ig потока влаги стремится к нулю ( i g 0 ), а высота слоя торфа h стремится к предельной (минимальной) H кр = const при соответст вующем значении эффективного радиуса пор r. После достижения навалом торфа критической высоты обезвоживание прекращается и для дальнейшего удаления влаги требуется механическое отжатие сы рья или проведение операций по сушке торфа (полевая сушка или сушка в заводских условиях).

Данная работа является продолжением исследований прошедших апробацию на «Неделе Гор няка» – 2012 [1] и на 6-м съезде гидромеханизаторов РФ в 2012 г., проходившего в г.Москва в МГГУ [2]. В данных работах показано, что экспериментальное значение НкрЭ необходимо связать с теорети ческим H крT через коэффициент, учитывающий особенности реальной структуры и косвенно от ражающий сопротивление переносу влаги (формула 1):

H крЭ = H крT (1) То же самое можно записать и для высоты навала торфа h ( hЭ, hT ) (формула 2):

hЭ = hT (2) То есть = hЭ hT = H Э H T. Таким образом формулу для расчета интенсивности гравитаци онного обезвоживания торфа можно записать в виде (формула 3):

i g = k эф (Pk Pg ) H кр, (3) где k эф = k в – эффективный коэффициент влагопереноса;

k в – коэффициент влагопроводности.

Последнее уравнение можно представить в виде (формула 4) [1, 2]:

i g = k в (2 cos (rhi ) ж g ), (4) где – коэффициент поверхностного натяжения, r – радиус пор, – угол смачивания твердой фа зы жидкостью, g – ускорение свободного падения;

ж – плотность связанной жидкости, которая может ж = (0,81 1,32) 10 3 кг/м3, соответственно, при T = 273 311 К. Причем с ростом влагосо держания W и уменьшением степени переработки (степени разложения RТ) плотность уменьшается, соответственно для каждого из периодов структурообразования и в зависимости от температуры про ходит через максимум [3].

В работах [1, 2] показана взаимосвязь коэффициента влагопроводности kв с фильтрационными свойствами торфа (формула 5):

[ ] kв 2 = kв1 exp ф (1 2 ) р i, (5) где ф – коэффициент, характеризующий уменьшение водопроницаемости торфа при его увлажне нии [4];

1, 2 – коэффициенты пористости, соответственно, начальные и текущие значения;

= n (1 n ), n – общая пористость;

р = ( ж kф )1 – характеризует обратную величину интенсив ности влагопереноса, kф – максимальное значение коэффициента фильтрации.

Максимальный коэффициент влагопроводности для верхового типа торфа принимает наи k в 2 = (0,002 0,073) 10 10 c меньшие значения по сравнению с переходным k в 2 = (0,066 0,426 ) 10 10 c и низинным k в 2 = (0,145 0,342 ) 10 10 c и линейно убывает с ростом степени разложения. Причем ig для низинного и переходного торфа проходит через минимум при степени разложения RТ = 31%. Зависимость ig = f (RT ) для торфа верхового типа характеризуется линейным уменьшением интенсивности с ростом RТ [2].

В связи с изложенным, а также данными, представленными в таблице 1 и на рисунке 1 (при экспериментальных исследованиях использовался верховой шейхцериево-сфагнововый торф: степень RТ = (22 25)% T = 293K разложения при в слоях различной высоты hн = (100, 150, 200, 300, 400 ) 10 3 м, Wi = Wн Wкр при hн = 100 10 3 м) можно отметить, что при фильтрационном равновесии, когда ig 0, Pk Pg, hi = H кр количество оставшейся влаги в навале торфа и H кр буду коррелировать с коэффициентом влагопроводности, пористости, размерами пор, высотой навала, т.е. для торфа верхового типа при H кр = const масса оставшейся влаги H кр Wкр в слое H кр будет выше, чем у переходного и низинного типов [1,2]. Для одного типа торфа приведенное значение оставшейся влаги M П = H кр Wкр, м(кг(в)/кг(с)) растет с повышением высоты навала hн (таблица 1).

Таблица 1 – Изменение влагосодержания при гравитационном обезвоживании торфа в навалах различной высоты в зависимости от времени* Время, ч H кр Wкр, H кр 10 3, hн 10 3, K эф / K эw / 0 1 5 20 50 125 м м(кг/кг) м влагосодержание W, кг/кг 100 73 15,28 13,38 12,37 12,04 11,82 11,71 11,66 0,270 0,237 0, 150 110 15,28 13,46 12,15 11,53 11,29 11,17 11,11 0,270 0,273 1, 200 145 15,28 13,83 13,39 11,33 10,92 10,73 10,64 0,275 0,304 1, 300 209 15,28 13,99 12,60 11,15 10,56 10,35 10,20 0,310 0,332 2, 400 273 15,28 14,12 12,85 12,29 10,44 10,00 9,75 0,320 0,362 2, * Wкр = W при = 232 ч, шейхцериево-сфагновый торф, RT = (22 25)%.

Последнее выражение можно привести к общепринятому расчету массы воды mв, кг(в) через технологические характеристики: H кр, с, V, ж. Для этого умножим и разделим это уравнение на плотность сухого вещества торфа с, M П = H кр Wкр с с.

Произведение Wкр с = ж дает значение плотности связанной жидкости. Тогда выражение для приведенного значения оставшейся влаги можно записать как M П = H кр ж с.

Заменяя ж = mв V через массу воды и ее объем получим выражение: M П = H кр mв ( сV ), из которого следует, что mв = M П сV H кр.

v2 101, кг/(кгч) v1, кг/(кгч) 0,8 0, 0,6 0, 0,4 0, 0,2 0, hопт 0 hн 103, м 0 100 200 300 400 Рисунок 1 – Изменение средней скорости обезвоживания v1 от начальной высоты навала hн за первые 5 часов (1) и за 232 часа (2), vi = dWi d i Масса воды содержащейся в навале торфа пропорциональна M П, с, V, 1 H кр. Если все ве личины кроме M П считать постоянными, k ж = сV H кр = const, то окончательно получим, что mв = k ж M П пропорциональна приведенной массе воды. В расчетах использование предложенного выражения более удобно, чем прямой расчет массы воды mв. Если известна плотность жидкости ж = cW [3] и ее объем V, то последнее уравнение можно заменить на довольно простое mв = жV, применение которого затруднительно из-за отсутствия справочных данных по ж и V для конкретного типа торфяного сырья.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях при конвективном теплообмене, при температуре воздуха T = 295К, относительной влажности воздуха = 0,47 с шейхцериево-сфагновым торфом степенью разложения RT = (22 25)%, зольностью Ac = 6,55%, содержанием серы 0,26 %, с низшей теплотой сгорания на рабочее топливо Q р = 11,22 МДж/кг при н w = 40% ( Q р = 2685 ккал/кг). При проведении исследований начальное влагосодержание торфа со н ставляло Wн = 15,28 кг/кг ( w = 93,86% ).

Торф нарушенной структуры закладывался в колонки различной высоты, круглого сечения с сетчатым дном. В процессе проведения эксперимента фиксировались: масса гравитационной воды (фильтрат), высота осадки слоя торфа в колонке hос и критическая толщина слоя Hкр. С помощью спе циального датчика фиксировалось влагосодержание W торфа. Для контроля интенсивности обезво живания торфа проводились измерения интенсивности испарения водной поверхности, которые по зволили учесть долю испарившейся из торфа влаги в процессе его гравитационного обезвоживания.

Эффективность обезвоживания характеризуется отношением (формула 6):

K эф = (hн H крЭ ) hн = 1 H крЭ hн, / (6) которая тем выше, чем меньше H кр при h Н = const. Эту величину можно рассчитать и через изме нение влагосодержания (формула 7):

K эw = (Wн Wкр ) Wн = 1 Wкр Wн, / (7) где Wкр - принимается в условиях, когда hi = H кр, ig = 0. В нашем случае такое приближение допус тимо (таблица 1) при = 232 ч, когда i g 0 (таблица 2).

В первом случае K эф = 0,27 0,32, а во втором K эw = 0,237 0,362 (таблица 3). То есть их / / значения мало отличаются, что свидетельствует о достоверности результатов проведенных исследова ний, т.к. средние величины коэффициентов K э/ = 0,3 совпали с расхождением, не превышающим 0,5%.

Таблица 2 – Зависимость интенсивности гравитационного обезвоживания торфа от времени Время, ч hн 10, м 3 0,5 4,5 21 49 109,5 225, интенсивность обезвоживания i g, кг/(м ч) 100 12,99 0,76 0,12 0,06 0,003 150 18,39 1,57 0,25 0,05 0,002 200 19,51 2,69 0,35 0,15 0,003 300 26,14 4,48 0,90 0,18 – 0, 400 31,35 5,58 1,46 0,44 0,069 0, Таблица 3 – Зависимость коэффициентов эффективности обезвоживания от высоты навала торфа* H кр 10 3,м hн 10 3, м W кр, кг/кг H кр hн, б/р Wкр Wн, б/р K эф, б/р / K эw, б/р W, кг/кг / 1 2 3 4 5 6 7 100 73 11,66 15,29 0,730 0,760 0,270 0, 150 110 11,11 15,29 0,730 0,730 0,270 0, 200 145 10,64 15,29 0,725 0,700 0,275 0, 300 209 10,20 15,29 0,700 0,670 0,310 0, 400 273 9,75 15,29 0,680 0,640 0,320 0, *Если сложить колонки 5 и 7, 6 и 8, то согласно формулам (6) и (7) получим значения близкие к единице.

Зависимость коэффициентов эффективности гравитационного обезвоживания обуславливается значениями высоты навала и влагосодержанием, которые при равных величинах K эф = K эw могут / / быть заменены, то есть K эw = 1 H крЭ hн, или K эф = 1 Wкр Wн.

/ / С учетом полученных зависимостей (1) и H крT = 2 cos (r ж g ) [1] выражения (6) и (7) при нимают вид (формулы 8 и 9):

2 cos K эф = / (8) hн r ж g K эw = 1 Wкр Wн / (9) Сравнивая уравнения (8) и (9) найдем, что перепад (формула 10):

2 cos W = W н (10) hн r ж g Перепад влагосодержания W = W н Wкр связан с характеристиками структуры торфяной за лежи ( r, ), воды (, ж, ), высотой навала ( hн ), начальным его влагосодержанием ( Wн ), опреде ляющими коэффициент эффективности торфа. Причем, чем меньше W, тем выше значения K эw.

/ Следовательно, при прочих равных условиях, K эw растет с повышением hн, r и уменьшением. Это / обстоятельство подтверждается результатами экспериментальных исследований зависимости влагосо держания W от времени (таблица 1) при различной высоте навала hн ( W = f ( ), hн = var ), скорости ( ) обезвоживания v1 в функции hн за = 5 ч и = 232 ч (рисунок 1, v1 = f ( ), W = f H кр, hн и при веденного количества оставшейся влаги H кр Wкр = M П после осадки слоя торфа при hi = H кр в за висимости от высоты навала hн (рисунок 2), интенсивности гравитационного обезвоживания i g от времени ( W = f ( ), таблица 2), а также зависимость H кр = f ( ). Зависимость W = f ( ) показа тельна тем, что в начальный период времени = 5 ч скорость влагопереноса v1 принимает максималь ное значение при hн =0,1-0,2 м (таблица 1, рисунок 1). Наименьшее значение для W наблюдается для относительно толстых слоев (таблица 1, рисунок 2). Несмотря на это произведение H кр Wкр принима ет большее значение для толстых слоев (таблица 1) из-за увеличения H кр с ростом hн.

H кр Wкр, м(кг/кг) W, кг/кг 16 2, 13 1, 2 0, 9 400 H кр 10 (1), м 0 50 100 150 200 250 300 350 hн 10 3 (2, 3), м Рисунок 2 – Зависимость влагосодержания W от критической толщины H кр навала (1), его начальной высоты hн (2) и произведения H кр Wкр в функции hн (3) Следовательно, коэффициент эффективности позволяет оценить количество потерянной влаги, то есть определяет влагопроводные свойства торфяного сырья (таблица 3), а произведение H кр Wкр характеризует количество оставшейся внутри влаги. При K эф 1, W 0 и H кр Wкр 0. В / этой связи, количество оставшейся в торфяном сырье влаги определяет комплекс последующих техно логических операций по снижению ее количества другими способами (механическое отжатие, полевая или заводская сушка и др. способы), а коэффициент K эф позволяет рекомендовать способы интенси / фикации гравитационного обезвоживания. В соответствии с изложенным ранее, оптимальными следу ет считать следующие условия: K эф 1, H кр min, H кр Wкр min, i g max, W 0.

/ Таким образом, гравитационное обезвоживание позволяет удалить около 30 % влаги для верхо вого типа торфяной залежи нарушенной структуры. Для переходного и низинного типов торфа это значение должно быть выше из-за их более высокой влагопроводности [1,2].

• Литература 1. Кремчеев Е.А., Афанасьев А.Е. Оценка эффективности гравитационного обезвоживания сырья при комплексной механизации круглогодовой добычи торфа // ГИАБ, 2012. № 4. C. 50–58.

2. Афанасьев А.Е., Кремчеев Е.А., Ефремов А.С. Теоретическая оценка коэффициентов влагопроводно сти торфяной залежи нарушенной структуры // ГИАБ, тематическое приложение «Гидромеханиза ция». 2012. Вып. 6.

3. Афанасьев А.Е., Ефремов А.С. Влияние структурообразования на плотность жидкости коллоидных капиллярно – пористых тел // ТОХТ, 2011.Т.46.№1. С. 119–125.

4. Технический анализ торфа / Е.Т. Базин, В.Д. Копенкин, В.И. Косов [и др.];

под общей редакцией Е.Т.Базина. М.:Недра, 1992. 431 с.

5. Базин Е.Т., Косов В.И., Миняев С.В.Влияние технологических и физико-химических воздействий на во допроницаемость и структуру торфа // Торфяная промышленность, 1981. № 7. С. 17–20.

УДК 631.86:553. Э. Бакшене1, А. Бурба2, Д. Даугвилене САПРОПЕЛЬ – ОРГАНИЧЕСКОЕ УДОБРЕНИЕ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ МАЛО ПЛОДОРОДНЫХ ПОЧВ Вокеский филиал центра аграрных и лесных наук Литвы, Вильнюс, Литва e-mail: eugenija.baksiene@voke.lzi.lt Общественный институт экологии, Вильнюс, Литва e-mail: aloyzas.burba@ecoinstitute.eu;

daiva.daugviliene@ecoinstitute.eu В Вокеском филиале центра аграрных и лесных наук Литвы c 1984 г. исследовалась эффектив ность сапропеля на дерново-подзолистой супесчаной (по классификации FAO - Haplic Luvisols) почве.

Испытывались дозы 50, 100, 150, 200 т га-1 сухого карбонатного сапропеля в шестипольном сево обороте (кукуруза, ячмень, клевер, озимая рожь, картофель, овес). Для сравнения действия был вве ден вариант с применением 100 т га-1 навоза. Сапропель был внесен только в год закладки опыта.

Навоз вносили после окончания каждой ротации севооборота. В последующие годы исследовалось влияние выше перечисленных факторов на агрохимические свойства почвы. Минеральные удобрения в качестве фона вносили перед посевом каждой культуры. Исследования показали, что спустя 12, и 24 года карбонатный сапропель оказывает длительное положительное влияние на агрохимические свойства почвы и продуктивность растений.

Важную роль в повышении урожая сельскохозяйственных культур и плодородия почв играют органические удобрения. Они являются существенным источником пополнения запасов питательных веществ для растений, гумусовых и других ценных органических соединений в почве. В интенсивном землепользовании возрастает значение органических удобрений как главного фактора сохранения и пополнения гумусного фонда – материального носителя ее плодородия. Возросшая потребность в органических удобрениях не может быть удовлетворена при применении только традиционных видов и форм. Поэтому ведутся поиски новых источников органических материалов.

На ряду с традиционными видами и формами органических удобрений таких как навоз, ком пост, сидераты, существуют органические удобрения созданные природой – озерный ил – сапропель [1]. В Литве насчитывается свыше 2850 озер площадью более 0,5 га. Большинство небольших озер почти или полностью заилены. Решая проблемы таких озер, наибольшее внимание уделяется их ме ханической очистке, удалению озерных отложений – сапропеля. Целесообразное использование са пропеля может частично покрыть расходы, затраченные на очистку озер [2, 3]. Наиболее реальное применение сапропеля – использование его в качестве органического удобрения почвы. В сапропеле нет достаточного количества целлюлозоразлагающих микроорганизмов [4], поэтому его действие бо лее продолжительно, чем навоза. Это очень актуально, решая проблемы окультуривания малоплодо родных почв. В Литве залежи сапропеля составляют около 15 млрд м3. Использование озерного са пропеля для удобрения дает двойную пользу: во-первых – удалив ил улучшается экологическое со стояние озер и прудов;

во-вторых – в почву возвращается то, что тысячелетиями вымывалось из поч вы в водоемы.

Исследованиями проведенными в Латвии, России, Белоруссии, Германии доказано, что сапро пель, как удобрение, положительно влияет на физические, агрохимические и биологические свойства почвы, увеличивается урожайность сельскохозяйственных культур [5–9].

Опыты по исследованию эффективности карбонатного сапропеля (N – 0,62, Р – 0,02, К – 0,03, Са – 4,10, Mg – 0,52%), были заложены на дерново-подзолистой супесчаной почве. Карбонатный са пропель был добыт из озера Илгутис (Вильнюсский р-он). Кислотность дерново-подзолистой супес чаной почвы составляла рН КСl 6,0, в ней содержалось Р2О5 – 130–230 мг/кг, К2О – 150–210 мг/кг почвы (A-L метод), гумуса – 1,70–2,05% (метод Тюрина). Опыты проводились в севообороте: кукуру за, ячмень, клевер, озимая рожь, картофель, овес. Исследования изменений агрохимических свойств почвы при внесении сапропеля проводились в вариантах опыта: 1. контроль;

2. NPK (фон);

3. 50 т/га сапропеля;

4. 100 т/га сапропеля;

5. 150 т/га сапропеля;

6. 200 т/га сапропеля;

7. 100 / га навоза. Все нормы сапропеля выражены в пересчете на сухое вещество. В исследуемых вариантах нормы сапро пеля были приблизительно выровнены по количеству азота. Сапропель и навоз были внесены только в год закладки опыта. В последующие годы исследовалось влияние выше перечисленных факторов на урожай растений и агрохимические свойства почвы. Минеральные удобрения (аммиачная селитра, калий хлористый и гранулированный суперфосфат) вносились ежегодно перед посевом растений.

Агрохимические свойства пахотного слоя (0–20 см) почвы были определены перед закладкой опыта (1985 г.) и после каждых 6 лет действия сапропеля в 1990, 1996, 2002 и 2008 годах.

Использование карбонатного сапропеля на удобрение супесчаных почв имело продолжитель ное влияние на урожай сельскохозяйственных культур выращиваемых в севообороте.

Продуктивность севооборота предъявлена в кумулятивном подсчете прибавок урожая (рисунок 1).

Кормовые единицы 6000 Ячмень Рожь Ячмень Рожь Ячмень Рожь Ячмень Рожь Овёс Овёс Овёс Овёс Кукуруза Кукуруза Кукуруза Кукуруза Картофель Картофель Картофель Картофель Клевер Клевер Клевер Клевер - 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Условные обозначения:

2–7 – варианты опыта: 2) NPK (фон-F), 3) F + 50 т/га сапропеля (S), 4) F + 100 т/га сапропеля (S), 5) F + 150 т/га сапропеля (S), 6) F + 200 т/га сапропеля (S), 7) 100 т/га навоза (M) Pисунок 1 – Кумулятивная кривая прибавки урожая от удобрения почвы разными нормами карбонанного сапропеля Данные свидетельствуют, что в первые четыре года действие навоза можно приравнивать дей ствию 50 т/га сапропеля. 100–200 т/га нормы сапропеля пропорционально увеличивали прибавку урожая. Но когда в севообороте выращивали картофель и овес, продуктивность севооборота умень шалась. Во время II-ой ротации севооборота урожайность увеличилась от повторного внесения наво за в почву и 200 т/га нормы сапропеля. Но когда в севообороте повторилось выращивание картофеля и овса, результат оказался отрицательным. В начале III-ей ротации (1997–2002 гг.) кумулятивная кривая снова увеличилась, но 2001 и 2002 г., при выращивании картофеля и овса, прибавка урожая снизилась. Во время IV-ой ротации севооборота (2002–2008 гг.) отрицательная эффективность повто рилась в 2005 г. на клевере и в 2007 г. на картофеле.

Под влиянием сапропелевых удобрений произошло значительное изменение агрохимических свойств почвы. После I-ой ротации севооборота сапропелевые удобрения оказали положительное влияние на уменьшение кислотности почвы (рисунок 2).

Реакция почвы от близко к нейтральной изменилось до нейтральной, pН почвы увеличилась соответственно на 0,9–1,2 единиц. При удобрении навозом – до 5,5 единиц. По сравнению результа тов после I-ой ротации севооборота с результатами после II-ой, III-ей и IV-ой ротации, сумма погло щенных оснований уменьшилась на 24–99 м-экв/кг почвы, однако и после 24 лет действия сапропеля, сохранилась достаточно высокая: в контроле – 95;

в вариантах с сапропелем после II-ой ротации – 196–371;

после III-ей – 170–248 и после IV-ой ротации – 113–186 м-экв/кг почвы.

Исследуемый сапропель не был богат органическими веществами, но при внесении 100– 200 т/га сапропеля, количество общего азота и гумуса увеличилось соответственно на 0,003–0,036 и 0,56–1,19%. Эти показатели пропорционально возрастали при увеличении норм сапропеля. По окон чании 24 лет действия сапропеля, большее содержание азота было обнаружено в почве удобренной 150 и 200 т/га сапропеля, но от 50 и 100 т/га сапропеля количество азота уменьшилось от 0,129 до 0,109%. После III-ей и IV-ой ротации севооборота содержание общего азота уменьшилось, но не дос тигло начального количества, который был установлен перед закладкой опыта.

После II-ой, III-ей и IV-ой ротации севооборота количество гумуса тоже уменьшилось на 0,26– 0,89%. Данные изменения показателей общего азота и гумуса за 24 года исследований показывают, что минерализация сапропеля очень медленный процесс и может продолжаться долговременно, по степенно отдавая элементы питания растениям.

рH Сумма поглощенных оснований НСР 05 0,48–1,16 НСР 05 –77,5–103, м-экв/кг почвы 8 7 6 5 4 3 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 N общий Гумус НСР 05 0,006–0,009 НСР 05 0,15–0, % % 0.2 0.15 0. 0. 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 К2О P2O НСР 05 51,0–60,8 НСР 05 33,9–39, мг/кг почвы мг/кг почвы 300 6 71 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 I II III IV V I – показатели перед закладкой опыта;

II – показатели после первой ротации севооборота;

III – пока затели после второй ротации севооборота;

IV – показатели после третей ротации севооборота;

V – показатели после четвертой ротации севооборота;

1–7 – варианты опыта: 1) контроль, 2) NPK (фон-F), 3) F + 50 т/га сапропеля (S), 4) F + 100 т/га сапропеля (S), 5) F + 150 т/га сапропеля (S), 6) F + 200 т/га сапропеля (S), 7) 100 т/га навоза (M) Pисунок 2 – Изменение показателей агрохимических свойств дерново-подзолистой супесчаной почвы при удобрении карбонатным сапропелем и навозом.

Использование 100 т/га навоза после окончания каждой ротации привело к увеличению количе ства общего азота и гумуса, но после III-ей и IV-ой ротаций севооборота эти показатели уменьшились.

В исследуемом карбонатном сапропеле фосфора содержалось мало – 0,02–0,04%, соответст венно в почву с сапропелем его было внесено также немного. Вследствие этого изменения подвижно го фосфора в почве более зависели от внесения минеральных удобрений, нежели от органических.

Несмотря на это после I-ой ротации севооборота внесение разных количеств сапропеля для удобре ния увеличило содержание подвижного фосфора от 230 до 320 мг/кг почвы. Однако после II-ой рота ции фосфора в почве уменьшилось на 33–56 мг/кг, а после III-ей и IV-ой ротаций севооборота от больших норм сапропеля (150 и 200 т/га) содержание фосфора увеличилось на 88–103 мг/кг почвы.

Калия, как и фосфора, в сапропеле было немного (0,03–0,55%). Поэтому при использовании различных количеств сапропеля, изменения содержания подвижного калия в почве были аналогичны изменениям подвижного фосфора. Содержание подвижного калия снизилось на 7–43 мг/кг почвы, по сравнению с его количеством перед закладкой опыта. Содержание калия увеличилось только в седь мом варианте, где после каждой ротации севооборота вносилось по 10 т/га навоза на фоне минераль ных удобрений.

• Литература 1. Гарункштис А.А. Седиментационные процесы в озерах Литвы. Вильнюс: Мокслас, 1975. С. 206–235.

2. Овчинников А.С. Применение сапропелей для удобрения сельскохо-зяйственных культур // Пробле мы и опыт мелиорации и водохозяйства освоения Сибири, 1991. С. 48–51.

3. Лопотко М.З. Сапропели в сельском хозяйстве / Лопотко М.З., Евдокимова Г.Ф., Кузьмицкий П.Л. – Мн., 1992. C. 94–140.

4. Шинкарева Т.А. Микрофлора некоторых сапролей БССР / Шинкарева Т.А., Курбатова-Бликова Н.М., Рахубо Т.А. // Проблемы использования сапропелей в народном хозяйстве. Мн.: Наука и техника, 1981. C. 51–52.

5. Duma M. Sapropel, humin acids and their influence on increasing of the crop capacity / Duma M., Dudins M., Kaulins U., Dzerve K // Latvijas Lauksaimniecibas universitetas raksti. 1993. V. 277(1). P. 68–72.

6. Encke O. Der Einflu schluffhaltigen Seeschlamms auf ausgewahlte Bodenfruchtbarkeitskennziffer / Encke O., Backer A., Blum H. // Arch. Gertenbau, 1988. Bd.36, № 3. S. 129–135.

7. Grner A. Zur Dauerwirkung von Schlammen aus Seen und Brackgewssern auf den C- und N-Gehalt des Bodens / Grner A., Belau L. // Tagungsber. 1990. №. 295. S. 207–214.

8. Kronbergs A. The value of organic fertilizers and sapropel / Kronbergs A., Viduzs A. // Raziba, 1993. P. 24–27.

9. Orlov D.S. Nontraditional ameliorants and organic fertilizers / Orlov D.S., Sadovnikova L.K. // Euroasian soil science, 1996, 29:4. P. 474–479.

УДК 622.7+631.417. Н.Н. Бамбалов, В.В. Смирнова, А.С. Немкович ЭКСТРАКЦИЯ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ТОРФА ВОДНЫМ АММИАКОМ Институт природопользования НАН Беларуси, Минск, Республика Беларусь e–mail: peatland@ecology.basnet.by Выполнена сравнительная оценка выхода гуминовых веществ (ГВ) из низинного и верхового типов торфа при различных условиях экстракции 2%-ным водным раствором аммиака. Установле но, что наибольший выход ГВ из торфа со степенью разложения 35% и выше имеет место при температуре экстракции 96–98°С. Повышение температуры до 125°С ведет к уменьшению выхода ГВ из торфа. Предварительный кислотный гидролиз торфа высокой степени разложения 5%-ной серной кислотой уменьшает выход ГВ, поэтому данный технологический прием следует признать нецелесообразным и затратным с точки зрения оптимизации процесса получения ГВ.

Несмотря на более чем двухсотлетнюю историю изучения ГВ вопрос о том, какой щелочной реагент лучше для извлечения их из торфа, до конца не решен. Особенно большие разногласия среди специалистов возникают по поводу использования для этой цели водного аммиака, поскольку в отли чие от едкого натра или едкого кали аммиак частично необратимо присоединяется к их молекулам.

Поэтому ГВ, выделенные водным аммиаком, всегда содержат азота в 1,5–2 раза больше, чем ГВ, вы деленные щелочами натрия или калия.

Из торфа получают гуматы аммония при разных концентрациях экстрагента, соотношении торф:экстрагент, температуре (18–160°С), давлении и продолжительности процесса экстракции [1–5].

Такие препараты широко используются в сельском хозяйстве, медицине, бальнеологии, в качестве ингибиторов коррозии, для очистки металлических поверхностей от ржавчины и т. д.

Существует несколько схем выделения ГВ из торфа [2, 4, 6], отличающихся составом реаген тов, последовательностью технологических операций и их режимами. Наиболее распространенными являются две схемы: непосредственная обработка торфа раствором щелочи или обработка раствором щелочи после предварительного кислотного гидролиза торфа 1–5%-ным раствором серной кислоты.

Однако целесообразность применения предварительного кислотного гидролиза в литературе не дока зана, а обоснована лишь логически.

Показано [2, 5, 6,], что из торфа низкой степени разложения выход ГВ после предварительного кислотного гидролиза существенно выше, чем при их экстракции из негидролизованного торфа. Это объясняется тем, что при кислотном гидролизе негумифицированных или слабо гумифицированных растений-торфообразователей происходит искусственный синтез гуминоподобных веществ. Попере менными обработками кислотой и щелочью при нагревании негумифицированных растений тростни ка, осоки и др. были получены гуминоподобные вещества с выходом от 2 до 16% [6, 8, 9]. С природ ными ГВ они ничего общего не имеют, так как являются продуктами искусственного синтеза. При кислотном гидролизе растительных тканей в раствор переходят сахара, аминокислоты, фрагменты лигнина и др. вещества, которые взаимодействуют между собой с образованием гуминоподобных веществ типа меланоидинов [10, 11]. В малоразложившемся торфе содержится большое количество не полностью разложившихся растительных остатков, которые при кислотном гидролизе обеспечи вают увеличение выхода ГВ за счет химического синтеза гуминоподобных веществ. При кислотном гидролизе торфа с высокой степенью разложения эти процессы имеют ограниченное распростране ние из-за небольшого содержания негумифицированных растительных тканей. Гуминовые вещества для практических целей обычно получают из торфа со степенью разложения не ниже 35%.

Цель данной работы – сравнительная оценка влияния условий экстракции 2%-ным водным рас твором аммиака на выход ГВ из торфа низинного и верхового типов.

Для исследований использовали наиболее распространенные виды торфа: низинный тростни ково-осоковый со степенью разложения (R) 35%, зольностью (A) 11,3%, pH в KCl 5,2 из месторожде ния Гало-Ковалевское и верховой сосново-пушицевый (R=50%, A=3,3%, pH в KCl 3,3) из месторож дения Радемье.

Исследовали 4 варианта экстракции: первый – 2%-ным водным раствором аммиака в течение 2 ч при 96–98°С;

второй – сначала гидролиз 5%-ным раствором H2SO4 в течение 2 ч при 96–98°С, затем экстракция ГВ 2%-ным раствором аммиака в течение 2 ч при 96–98°С;

третий – экстракция 2%-ным раствором аммиака в течение 2 ч в при 125°С;

четвертый – сначала гидролиз 5%-ным раствором H2SO в течение 2 ч при 125°С, затем экстракция ГВ 2%-ным раствором аммиака в течение 2 ч при 125°С.

Первоначально во всех вариантах к торфу добавляли растворы аммиака или серной кислоты, чтобы соотношение между твердой и жидкой фазами (модуль) было 1:10. Однако после гидролиза торфа серной кислотой необходимо было создать в реакционной смеси концентрацию аммиака 2%.

Для этого сначала нейтрализовали серную кислоту в суспензии рассчитанным количеством 25%-ного аммиака, а затем еще добавили рассчитанный объем аммиака, чтобы в суспензии получить его 2%-ный раствор, поэтому во втором и четвертом вариантах модуль получался 1:12,5. В вариантах 1 и 2 экстракция осуществлялась при 96–98°С при атмосферном давлении, а в вариантах 3 и 4 – при 125°С взаимодействие торфа с серной кислотой и аммиаком происходило при повышенном давлении.

Результаты представлены в таблице.

Таблица – Зависимость концентрации и выхода ГВ из торфа от условий экстракции 2%-ным водным аммиаком Перешло ГВ Концентрация Вари- Выход ГВ, Условия экстракции в экстракт, ГВ в растворе, ант % на ОВ % на ОВ торфа % Низинный торф 2%-ный раствор аммиака 2 ч при 96–98°С 1 42,2 2,97 32, 5%-ный раствор H2SO4 2 ч при 96–98°С, затем 38,0 1,79 30, 2%-ный раствор аммиака 2 ч при 96–98°С 2%-ный раствор аммиака 2 ч в при 125°С 3 39,2 2,76 30, 5%-ный раствор H2SO4 2 ч при 125°С, затем 39,5 1,86 31, 2%-ный раствор аммиака 2 ч при 125°С Верховой торф 2%-ный раствор аммиака 2 ч при 96–98°С 1 61,6 5,3 43, 5%-ный раствор H2SO4 2 ч при 96–98°С, затем 43,6 2,48 34, 2%-ный раствор аммиака 2 ч при 96–98°С 2%-ный раствор аммиака 2 ч при 125°С 3 58,5 5,0 41, 5%-ный раствор H2SO4 2 ч при 125°С, затем 47,7 2,69 37, 2%-ный раствор аммиака 2 ч при 125°С При центрифугировании торфоаммиачной суспензии большая часть раствора ГВ перешла в фу гат, а меньшая удерживалась остатком торфа, поэтому были потери ГВ, которые в наших экспери ментах составили для низинного торфа около 23%, для верхового – 28%.

Для исследованных образцов торфа наибольший выход ГВ был в варианте 1 при температуре экстракции 96–98°С: из низинного торфа 32,0%, из верхового – 43,6%. Меньший выход ГВ из низин ного торфа по сравнению с верховым объясняется более низкой величиной степени разложения ни зинного торфа. Увеличение температуры экстракции до 125°С привело к снижению выхода ГВ из низинного торфа на 1,7%, а из верхового торфа 2,3%. При температуре 96–98°С концентрация ГВ в растворах получалась наибольшая для обоих образцов торфа.

Анализ полученных данных по всем вариантам позволяет утверждать, что предварительный кислотный гидролиз торфа со степенью разложения 35% и более не дает преимуществ по сравнению с экстракцией ГВ из торфа, не подвергавшегося кислотному гидролизу как с точки зрения их количе ственного выхода, так и с точки зрения концентрации получаемых растворов ГВ. Вряд ли можно ут верждать, что ГВ, извлеченные из торфа после кислотного гидролиза, являются натуральным продук том, так как их молекулярная структура существенно изменяется под воздействием серной кислоты [12, 13]. Предварительный кислотный гидролиз торфа является затратным технологическим приемом получения ГВ, так как, не давая преимуществ в выходе ГВ, он требует значительных расходов энер гии, химических реагентов (кислоты, щелочи) и рабочего времени.

При экстракции ГВ из этих же образцов торфа 2%-ным раствором NaOH их выход был выше на 20–30% [14].

Особенностью водного аммиака как растворителя ГВ, является одновременное присутствие в нем NH4OH, NH3·H2O и NH3·1/2H2O, однако в реакцию обмена с гуминовыми кислотами вступает только NH4OH. При этом следует учитывать, что в водном растворе аммиака лишь 0,4% молекул на ходится в форме NH4OH, в то время как в водном растворе натровой щелочи все молекулы находятся в форме NaOH. Степень диссоциации 0,1 н. растворов водного аммиака и едкого натра составляет соответственно 0,013 и 0,84. В связи с этим величина pH 2%-ного раствора NaOH равна 13,6, а 2% ного NH4OH – 11,6. Количество активных молекул, способных вступать во взаимодействие с гумино выми кислотами, в 2%-ном растворе NaOH намного больше, чем в таком же растворе водного аммиа ка, поэтому при одинаковых условиях водный раствор натровой щелочи экстрагирует из сырья боль ше ГВ, чем водный аммиак.

Поскольку расход торфа, воды, тепла и рабочего времени одинаковы как при экстракции едким натром, так и при экстракции аммиаком, то более экономичной является технология экстракции с использованием натровой щелочи.

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:

1. Наибольший выход гуматов аммония из торфа низинного и верхового типов со степенью разложения 35% и выше получается при температуре экстракции 96–98°С. Повышение температуры до 125°С ведет к уменьшению выхода ГВ из торфа.

2. Предварительный кислотный гидролиз торфа высокой степени разложения 5%-ной серной кислотой уменьшает выход ГВ, поэтому данный технологический прием следует признать нецелесо образным и затратным с точки зрения оптимизации процесса получения ГВ.

3. Учитывая, что выход ГВ из торфа при экстракции аммиаком ниже по сравнению с выходом ГВ при экстракции едким натром, а расход торфа, воды, тепла и рабочего времени одинаковы как при экстракции едким натром, так и аммиаком, экстракцию целесообразно проводить едким натром, если не ставятся специальные задачи по получению гуматов аммония.

• Литература 1. Горовая А.И., Орлов Д.С., Щербенко О.В. Гуминовые вещества. Киев. 1995. 304 с.

2. Комиссаров И.Д., Виленский И.И., Федченко О.И. Извлечение гуминовых веществ из органогенных пород // Гуминовые препараты. Тюмень. 1971. C. 10–33.

3. Никитенко А.Д., Бамбалов Н.Н. Сравнительная оценка выхода ГК из торфа при экстракции гидрокси дами натрия и аммония // Природопользование. 2007. Вып. 13. С. 166–169.

4. Наумова Г.В., Жмакова Н.А., Овчинникова Т.Ф. и др Биологически активные вещества торфа и про дуктов его переработки // Природопользование. 2002. Вып. 8. С 144–153.

5. Бамбалов Н.Н., Смирнова В.В., Немкович А.С., Бровка Г.П. Влияние условий экстракции гуминовых веществ из торфа на удельные затраты реагентов и тепла // Материалы Междунар. науч. конф. «При родопользование: экология, экономика, технологии». Мн., 2010. С. 14–19.

6. Бамбалов Н.Н. Современное состояние и проблемы методики группового анализа органического ве щества торфяных почв // Физико-химические, геохимические и микробиологические процессы ме лиорированных почв Полесья. Мн., 1974. С. 166 – 209.

7. Souci S. W. Die Chemie des Moores. Stuttgart, 1938.

8. Раковский В.Е., Батуро В.А. Исследование гуминовых кислот растений-торфообразователей // Тр. Ин та торфа. Мн., 1959. Т. 7. С. 3–11.

9. Раковский В.Е., Лукошко Е.С. Изменение химического состава растений-торфообразователей в тече ние вегетационного периода // Комплексное использование торфа. М., Недра. 1965. С. 24–31.

10. Маль С.С. Углеводы и азотсодержащие вещества торфа. Мн. 1982. 231 с.

11. Лукошко Е.С., Пигулевская Л.В. Исследование процессов разложения торфообразователей в торфо генном слое // Переработка и использование торфа и сапропелей. Мн., 1971. С. 196–203.

12. Бамбалов Н.Н., Беленькая Т.Я., Команденко В.В. Влияние кислотного и щелочного гидролиза на по лидисперсность гуминовых кислот, выделенных нейтральным раствором пирофосфата натрия // Фи зические, технологические и химические свойства торфа. Мн., 1973. С. 86–90.

13. Драгунов С.С., Рождественский А.П. Извлечение торфяных гуминовых кислот аминами жирного ряда // Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Ч. 3. Киев: Урожай. 1968. С. 206–211.

14. Бамбалов Н.Н., Смирнова В.В., Немкович А.С., Бровка Г.П. Показатели процесса экстракции гумино вых веществ из торфа при различных условиях // Материалы Междунар. науч.-техн. конф. «Процессы и средства добычи и переработки полезных ископаемых». Мн., 2012. С. 76–81.

УДК 544.72, 542.63, 502. К.Г. Боголицын1, 2, И.А. Кузнецова1, Т.А. Бойцова1, И.А. Паламарчук1, Н.С. Ларионов1, 2, О.С. Бровко1, 2, А.С. Аксенов ПОЛИМЕРНЫЕ СОРБЕНТЫ ИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО СЫРЬЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ИОНОВ КАДМИЯ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Институт экологических проблем Севера Уральского отделения РАН, Архангельск, Россия e-mail: kia.iepn@gmail.com Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, Архангельск, Россия, e-mail: nikolay.larionov@gmail.com Проведена модификация комплексообразующими реагентами сорбентов на основе биополиме ров ароматической природы (гуминовых кислот и лигносульфонатов), исследована сорбционная спо собность модифицированных сорбентов по отношению к ионам Cd(II) при варьировании параметров водной среды (рН, ионная сила). Показано, что нерастворимый в воде комплекс гуминовых кислот с хитозаном обладает лучшей сорбционной способностью по сравнению с исходным биополимером – гумусовыми кислотами – извлекая из водной среды более 90% ионов Cd(II), а сорбент на основе ком плекса лигносульфоната с хитозаном демонстрирует низкую эффективность извлечения из раство ра ионов тяжелого металла. На основании полученных данных построен ряд сорбционной способно сти по отношению к Cd(II): ГК–ХТ ГК ЛС–ХТ.

Природная вода как объект анализа представляет собой сложную многокомпонентную систему, в состав которой входят органические и неорганические вещества, включая тонкодиспергированные компоненты, находящиеся в истинном, коллоидном и взвешенном состоянии [1]. Вода является глав ным и наиболее чувствительным показателем экологического состояния региона. Любой поллютант, попав в водоем или реку, распределяется между компонентами водной экосистемы. Прямое опреде ление микроэлементов в природных объектах приводит к значительному снижению точности и чув ствительности определения, а, следовательно, для надежного аналитического определения необходи мы их выделение и концентрирование.

Среди тяжелых металлов (ТМ) одним из приоритетных и наиболее опасных загрязнителей яв ляется кадмий. Ввиду того, что по химическим свойствам этот металл подобен цинку, он может за мещать последний в активных центрах металлсодержащих ферментов, что приводит к подавлению активности ферментов и денатурации белков.

Для избирательного концентрирования, разделения и эффективного извлечения микроколи честв кадмия из растворов сложного состава наиболее доступным методом является сорбционный.

Сорбенты особенно удобны для получения концентратов металлов непосредственно на месте отбора проб. При выборе сорбентов важны как природа матрицы, так и химико-аналитические характери стики модификаторов. Эффективность извлечения металлов сорбентами существенно зависит от свойств поверхности твердой фазы и наличия свободных ионогенных групп, которые в большей сте пени определяют избирательность действия сорбентов.

Перспективными сорбентами для извлечения ионов ТМ из водных сред являются полиэлектро литные комплексы (ПЭК), представляющие собой особый класс полимерных соединений, которые образуются в результате взаимодействия растворимых в воде противоположно заряженных поли электролитов (ПЭ). Анионоактивные ПЭ в настоящей работе получены на основе возобновляемого сырья – древесины (водорастворимые лигнины) и верхового торфа (гуминовые кислоты). Катионоак тивный аминополисахарид – хитозан – получен из природного полисахарида хитина (второго по рас пространенности в природе после целлюлозы полисахарида).

Целью работы является направленное изменение свойств сорбентов на основе биополимеров ароматической природы путем модификации их поверхности комплексообразующими реагентами.

Объектами исследования в настоящей работе являются:

– гуминовые кислоты (ГК), выделенные из верхового торфа Архангельской области согласно методике изложенной в работе [2]: молекулярная масса (ММ) составила 36 кДа;

– технические лигносульфонаты (ЛС) марки Т, полученные в результате сульфитной делигни фикации древесины ели на ОАО «Группа «Илим» в г.Коряжме: ТУ 13-0281036-029-94, очищены от низкомолекулярных примесей методом ультрафильтрации с использованием полупроницаемой поли сульфонамидной мембраны ПСУ-70, степень сульфирования S/OCH3 0,6, ММ – 24 кДа;

– низкомолекулярный водорастворимый хитозан (ХТ), предварительно переведенный в прото нированную форму соляной кислотой: ТУ 9289-002-11418234-99, ЗАО «Биопрогресс» г.Москва, сте пень дезацетилирования 0,87, ММ 30 кДа;

Сорбенты готовили смешением растворов гумата натрия ГNa (рН=6,5–7) или ЛСNa (рН=4,5–5) с ХТ в различных массовых соотношениях. Оптическую плотность для фильтратов определяли на спектрофотометре UV-1800 фирмы Shimadzu. Далее, используя концентрационную зависимость, рас считывали степень связывания ГК (ЛС) в комплекс. Исследование сорбционных свойств ГК и ком плексов с ХТ проводили в статических условиях методом потенциометрии, используя иономер «Экс перт-001» с ион-селективным электродом. Изотермы сорбции строили на основе данных потенцио метрического титрования навески образца в растворе с заданной ионной силой (0,01 M KNO3) и зна чении рН. Для описания изотерм сорбции использовали уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра.

ГК являются уникальными природными полимерами переменного и неопределенного состава, которые содержат конденсированное ядро ароматических и гетероциклических соединений и боко вые ответвления, насыщенные кислородсодержащими группами разной природы [3]. ГК относят к самоорганизующимся анионным полифункциональным ПЭ. Полифункциональность ГК определяет способность ГК вступать в реакции ионного обмена и окислительно-восстановительные реакции.

Кроме того, ГК участвуют в донорно-акцепторных, гидрофобных и сорбционных взаимодействиях.

Сорбцию ионов Сd(II) проводили в области рН от кислой до нейтральной, наибольшее погло щение наблюдалось при рН=7,0, данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Изменение величины предельной сорбции ионов кадмия (II) ГК от величины рН По уравнению Ленгмюра По уравнению Фрейндлиха рН А, ммоль/г k, ммоль/г k r n r 3 0,02 3,55 0,956 1,32 2,70 0, 4 0,19 37,6 0,988 7,15 0,51 0, 5 0,61 8,74 0,962 2,38 1,10 0, 6 0,83 1,67 0,995 1,56 1,96 0, 7 0,85 85,5 0,999 2,34 2,35 0, Водорастворимые лигнины, образующиеся как побочный продукт сульфитной делигнификации древесины, представляют собой химически модифицированный природный полимер лигнин [4], со держат метоксильные, фенольные и спиртовые гидроксильные, карбонильные, карбоксильные и сульфогруппы в натриевой форме. Внедрение сульфоновых групп в матрицу приводит к получению высокомолекулярного соединения, сохраняющего структурный тип прекурсора, но в отличие от него способного растворяться в воде с образованием концентрированных тонкодисперсных и устойчивых коллоидных растворов [5].

ХТ – является единственным природным катионным полисахаридом, свойства которого обу словлены наличием в его структуре амино- и гидроксильных групп. ХТ обладает комплексом уни кальных свойств, таких как биосовместимость, гидрофильность, высокая биологическая и сорбцион ная активность [6].

Известно, что ГК и ЛС в смеси с полимерами могут проявлять сорбционный синергический эффект. Поэтому возможно использование ПЭ ароматической природы и ХТ в составе ПЭК для сорбционного концентрирования тяжелых металлов. Максимальный выход ПЭК на основе ГК дости гается при Z=0,4 г/г, а на основе ЛС – при Z=0,3 (рисунок);

где Z – массовое соотношение в растворе ХТ и ГК (ЛС). Образцы комплексов – сорбентов для исследования их сорбционных свойств получе ны при максимальном соотношении реагентов.

Рисунок – Зависимость относительной концентрации ГК (а) и ЛС (б) в комплексе от состава реакционной смеси Z Согласно данным таблицы 1, сорбция ионов кадмия сорбентами сильно зависит от кислотности среды. Полученные сорбенты позволяют выделить тяжелые металлы при значениях рН, характерных для природных вод, поскольку большинство природных вод имеет величину рН=6,0–8,5.

В таблице 2 приведены значения предельной сорбции ионов кадмия (II) ГК, а также комплексами на основе ГК и ЛС при рН=6,0.

Таблица 2– Предельная адсорбция и степень извлечения ионов кадмия (II) ГК и комплексами из водной среды при рН=6, По уравнению Ленгмюра По уравнению Фрейндлиха Степень Образец извлечения, % А, ммоль/г k, ммоль/г k r n r ГК 0,83 1,67 0,995 1,555 1,96 0,946 81, ГК–ХТ 1,24 0,723 0,970 0,75 0,89 0,999 93, ЛС–ХТ 0,25 11,47 0,999 0,228 8,14 0,998 10, Высокая степень связывания ионов кадмия (II) ГК свидетельствует об их ярко выраженных протекторных свойствах, благодаря которым они играют важную роль в процессах самоочищения водных и почвенных экосистем, связывая как тяжелые металлы, так и органические экотоксиканты [2].


Однако, использование ГК как сорбентов для концентрирования ТМ затруднительно, т.к. при рН=6 и выше ГК частично ионизированы и представляют собой грубодисперсную систему.

В ходе исследований выявлено, что нерастворимый в воде комплекс ГК–ХТ извлекает из вод ной среды более 90% ионов кадмия (II). Сорбент ЛС-ХТ демонстрирует низкую эффективность из влечения из раствора ионов кадмия (II), что, вероятно, может быть связано с недостаточной специ фичностью и низкой селективностью действия сорбента. Таким образом, сорбционная способность по отношению к ионам кадмия убывает в ряду ПЭ–ПЭК: ГК–ХТ ГК ЛС–ХТ.

Можно резюмировать, что ГК и сорбенты на их основе, несмотря на сложность в изучении ме ханизма сорбционных процессов, представляют несомненный практический и научный интерес и мо гут рассматриваться как достаточно эффективные поглотители ионов кадмия (II).

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-исследовательские кадры инновационной России» на 2009–2013 гг. (ГК № 16.740.11.0159).

• Литература 1. Смирнов А.Н., Лапшин В.Б., Малышев А.В., Лебедев И.М., Гончарук В.В. и др. Структура воды:

гигантские гетерофазные кластеры воды // Химия и технология воды. Т. 27. №. 2. Киев: Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН Украины. 2005. С. 111–135.

2. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв. М.: Высшая школа. 2005. 558 с.

3. Перминова И.В. Анализ, классификация и прогноз свойств гумусовых кислот. Автореферат дисс… докт. хим. наук, 2000. 50 с.

4. Боголицын К.Г., Резников В.М. Химия сульфитных методов делигнификации древесины. М: Экология, 1994. 420 с.

5. Шульга Н.В., Крутько Н.П., Мартынов В.А. Комплексообразование в водных растворах лигносуль фонатов // Журнал прикладной химии. 2010. Т. 83. Вып. 5. С. 854–857.

6. Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / Под редакцией К.Г. Скрябина, Г.А. Вихорева, В.П. Варламова // М.: Наука. 2002. 365 с.

УДК 622.331 (476) А.П. Гаврильчик1, Л.С. Лис1, В.Б. Кунцевич1, Т.И. Макаренко1, А.В. Осипов О НОВЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФЯНОГО ФОНДА РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Институт природопользования НАН Беларуси, Минск, Республика Беларусь е-mail: Makarenko.IP@mail.ru ГПО «Белтопгаз», Минск, Республика Беларусь Обоснованы новые задачи по использованию торфяных ресурсов в ближайшем будущем. Оце нены запасы торфа для выбора новых сырьевых баз для строительства брикетных заводов и обес печения торфяным топливом планируемых мини–ТЭЦ, электростанций высокой мощности и новых инновационных производств по глубокой переработке торфа. Показано, что в принципе необходи мые запасы имеются, однако они используются в других направлениях.

Торфяной фонд республики – национальное богатство и уникальный природный ресурс госу дарства. Его достаточно широкое распространение на территории республики, обусловленное сло жившимися на протяжении длительного исторического периода благоприятными условиями торфо образования, с давних времен обеспечили масштабное использование во многих областях человече ской деятельности.

Наметившееся вначале топливное использование этого ресурса в дальнейшем развилось в мощную индустриально отрасль энергетического направления, обеспечивающую выработку до 70% электрической энергии в БССР. Одновременно в послевоенные годы широким фронтом стало разво рачиваться сельскохозяйственное освоение торфа, включающее использование осушенных торфяных месторождений в качестве сельскохозяйственных угодий, а также применение различных видов ор ганических удобрений на основе торфа. Масштабное внесение таких удобрений в малопродуктивные пропашные земли обеспечило сохранение в прошлом положительного баланса гумуса во всех адми нистративных регионах республики.

В 1950-ые и последующие годы на основе развернувшихся широких научных исследований структуры и свойств торфяных систем начали развиваться работы по комплексной глубокой перера ботке торфа с получением широкого набора продуктов и материалов, нашедших применение в раз личных отраслях народного хозяйства. Это органо-минеральные удобрительные составы, кормовые средства, биологически активные препараты, сорбционные материалы, красители, ингибиторы кор розии, литейные и антиадгезионные составы на основе воска, активные угли, лекарственные препара ты и многое другое.

Широкое и эффективное использование торфяных ресурсов, например в 1975 г. в БССР добы валось более 40 млн т, привело к уменьшению их запасов. В последующий период в связи с распадом СССР и изменившимися экономическими условиями добыча и использование торфа в Республике Беларусь существенно снизились. Ежегодная добыча и использование колебалось в пределах 2,2– 2,8 млн т причем исключительно в виде топливных брикетов, часть из которых стала поставляться в последние года на экспорт. Незначительные объемы производства в масштабе 5 тыс.т и 27 тыс.т, со ответственно, сохранились за питательными грунтами и кипованной продукцией. Использование торфяных месторождений в качестве сельскохозяйственных угодий продолжалось в установленных «Схемой..» [1] объемах, но со снижающимися показателями эффективности, а использование торфа в качестве удобрений (компостов) свелось к критическому минимуму, что обусловило в последнее время отрицательный баланс гумуса в большинстве административных районов республики.

Экономические реалии последних лет, заключающиеся в обостренном внимании к топливным проблемам благодаря имеющейся тенденции к его подорожанию, поставили новые задачи в области использования торфяных ресурсов. Ряд нормативно-правовых документов [2–4] ориентировал от расль на существенное повышение использования местных топливных ресурсов в производстве теп ловой и электрической энергии. В разработанной в связи с этими задачами Государственной про грамме «Торф» [5] намечены пути по их реализации. Запланировано добыча и использование торфа в энергетике в 2015 г. – 4800 тыс.т и в 2020 г. – 5100 тыс.т. Планируется также ежегодная добыча тор фа для утилизации жидкого навоза крупных животноводческих ферм в объеме 3 млн т. Помимо этого в программу включена реализация ряда новых (альтернативных) производств по глубокой переработ ке торфа с получением наукоемкой, в том числе, и импортозамещающей продукции.

В связи с новыми реалиями сегодняшнего дня возникают и более новые амбициозные задачи – о подборе новых сырьевых баз для строительства брикетных заводов для обеспечения нужд цемент ной промышленности, об обеспечении торфяным топливом планируемых мини ТЭЦ, электростанций высокой мощности и т.п.

Решение перечисленных новых задач в области использования торфа, кроме того, предполагает необходимость перераспределения торфяных ресурсов по целевым фондам. При всех увеличениях добычи этого ресурса не снимается с повестки дня важнейший вопрос – сохранение в надлежащем состоянии окружающей среды. Именно это обстоятельство требует многократно обоснованных и до статочно взвешенных решений по адресному определению новых направлений освоения каждого конкретного объекта торфяного фонда. Помимо общетехнических, агрохимических и гидрологиче ских характеристик торфа, определяющих в первую очередь его пригодность для конкретного вари анта использования, необходимо объективно и комплексно оценить роль торфяного месторождения в общей структуре природно-территориального комплекса, его многочисленные связи и воздействия на элементы этого комплекса, а также прогнозную потребность социально-экономической сферы регио на расположения, условия и возможности региона. Только такой системный анализ многочисленной информации позволит принимать обоснованные и взвешенные решения, особенно в отношении объ ектов разрабатываемого фонда.

Считается, что в настоящее время в торфяном фонде республики имеется порядка 4 млрд т торфа (при условной влажности 40%). Ежегодный расход составляет: добыча – 5 (10) млн т, потери от минерализации и эрозии – 10–12 млн т, технологические потери, пожары – 2,0–2,5 млн т. Следова тельно, при приросте массы на месторождениях, находящихся в естественном состоянии, около 1 млн т ежегодная убыль торфа составляет порядка 17 млн т.

Прежде всего, охарактеризуем существующий торфяной фонд. Отметим специфику распреде ления по территории республики типов торфяных залежей, что обусловлено характером геоморфоло гии и рельефа регионов. Основные запасы приходятся на низинный торф, который сосредоточен в Брестской, Гродненской и Гомельской областях и составляет примерно 77% всех запасов. Верховой торф, общие запасы которого составляют менее 20%, в основном находится в Витебской области – и Могилевской – 32% их фондов. Переходные типы торфяных месторождений имеются во всех об ластях республики и составляют около 3% всего фонда.

Представим обзорный анализ распределения торфяных запасов республики по основным ха рактеристикам. Максимальное количество запасов торфяных месторождений приходится на площади 1001–5000 и более га, которые составляют около 64% от всех запасов. Значительная часть запасов – 18% находится на месторождениях площадью 101–500 га (рисунок 1а).

Более информативным с позиций практики является анализ распределения запасов торфа по принятым интервалам. Максимальное количество запасов торфа сосредоточено в диапазоне 1– 5 млн т и более 20 млн т – 25 и 28% соответственно (рисунок 1б). Практический интерес с позиций комплексного использования представляет анализ торфяного фонда по степени разложения и зольно сти. Максимальные запасы торфа приходятся на диапазон степени разложения 31–40% и составляют 52% от всех запасов торфа. Значительное количество запасов со степенью разложения 21–25% – 11%, 26–30 – 16 и 41–45% – 13% (рисунок 1в).

По распределению зольности торфа в фонде отмечается наличие низкозольных (5–10%) – 30% и среднезольных (12–20%) – 26%. Особый интерес в плане комплексного использования представля ют торфяные месторождения с ограниченными значениями зольности (до 10%), таких запасов – 45% (рисунок 1г).

Поиски решений на возникающие новые задачи с различными запросами в области использо вания торфяных ресурсов республики вынуждают обратиться к анализу торфяного фонда. Так, если по Государственной программе «Торф» к добыче на 2020 г. было запланировано 5,1 млн т (1500 т у.т.), то с учетом возникшей потребности в торфяном топливе цементной промышленности в этом же году потребовалось бы значительно большие объемы. В этой связи для обеспечения поставки торфя ного топлива для расширяющихся запросов экономики следовало бы увеличить добычу торфа с обеспечением общего объема в 2020 г. в 10 млн т. Это обстоятельство свидетельствует, что постав ленные задачи могут быть реализованы только при существенном расширении сырьевой базы пред приятий по добыче торфа, а также наращивании их производственных возможностей и организации новых.

а) б) Запасы ты т Запасы, тыс. т, с.

1000000 758402 429456 455475 139288 – до 50 5000 и 1– 51–100 101–500 501–1000 1001– – до 1– 1– е ле более бо Площадь, га Запасы, тыс. т г) в) 1500000 Запасы, тыс. т Запасы, тыс. т 1039537 639784 79220 123487 9687 до 15 более 16–20 21–25 26–30 31–35 36–40 41–45 46– до 3 более 3–5 5–10 10–12 12–20 20– Зольность, % Степень разложения, % Рисунок 1 – Гистограммы распределения торфяного фонда Республики Беларусь по площади (а), запасам (б), степени разложения (в) и зольности (г) Работа по перераспределению торфяных ресурсов республики по целевым фондам относится к достаточно сложным и информационно насыщенным и многовариантным типам задач. В составе ее целей выступает в первую очередь необходимость расширения состава разрабатываемого фонда, обес печение надлежащего уровня сохранности природной среды и распределение этих ресурсов по наибо лее эффективным направлениям освоения. Для принятия оптимального решения по каждому конкрет ному объекту недостаточно только информации о нем, следует учитывать существующие связи этого объекта с окружающей средой, т.е. компонентами общей территориальной системы, его роль в этой системе. Многообразие целей указанной работы определяет многочисленный состав необходимой при анализе информации. Это, прежде всего, общетехнические характеристики торфа: тип, степень разло жения, зольность, запасы, а также ботанический состав, гидрологические и морфологические условия, групповой химический состав органической и зольной части. Кроме того, в принятии решений учиты ваются потребности и возможности региона, месторасположение анализируемого объекта и некоторые другие условия. С целью получения результатов, которые необходимы для ответов по возникшим но вым задачам и запросам нами выполнены масштабные исследования торфяного фонда республики.

В первую очередь произведем оценку запасов торфяного фонда республики с ориентацией на решение конкретных задач – подбор сырьевых баз для строительства новых брикетных заводов или обеспечения топливом тепловых электростанций повышенной мощности. Целесообразность строи тельства нового предприятия (нового брикетного завода) определяется прежде всего извлекаемыми запасами торфа, при этом установлено, что экономически оправдано такое строительство при нали чии сырьевой базы со следующими характеристиками сырья: степень разложения более 20%, золь ность не более 23%, тип залежи низинный или переходный, и запасами, обеспечивающими стабиль ную работу на протяжении 25–30 лет. Для брикетного завода годовой производительностью 80 тыс.т и более при оговоренных условиях таким требованиям будет удовлетворять торфяное месторождение или группа близко расположенных месторождений с извлекаемыми запасами не менее 5 млн т. Учи тывая, что для фрезерного способа добычи, который применяется в настоящее время при обеспече нии брикетного производства, коэффициент использования залежи составляет не более 0,5–0,6, гео логические запасы торфа такого завода должны быть не менее 8 млн т.

Результаты анализа торфяного фонда на наличие таких запасов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Наличие запасов торфа (более 8 млн т) по областям республики и принадлежность к целевым фондам Количество торфяных Запасы, Целевые фонды, млн т Область месторождений, шт. млн т земельный природоохранный неиспользуемый Брестская 9 142,0 73,0 63,0 6, Витебская 7 93,7 12,3 74,4 7, Гомельская 7 119,3 91,9 27,4 – Гродненская 3 50,5 33,7 – 16, Минская 14 217,1 149,3 53,6 14, Могилевская 1 8,7 8,7 – – Итого 41 631,3 368,9 218,4 44, Анализ полученных результатов (не учтен выделенный разрабатываемый фонд) свидетельству ет, что в настоящее время в республике имеется 41 торфяное месторождение пригодное по характе ристикам торфа для строительства новых брикетных заводов. Часть месторождений исключено по показателю глубины торфа (h1,5 м). Общие геологические запасы на них оцениваются в 631,3 млн т, однако эти запасы находятся в земельном (58,4%) и природоохранном (34,6%) фондах. Незначитель ные пригодные запасы неиспользуемого фонда (7,0%) нецелесообразно рассматривать.

Рассмотрена также задача по оценке запасов для наиболее распространенных производств по глубокой переработке торфа, а именно запасов, пригодных для объединенной продукции топливного и сельскохозяйственного назначения, гуматсодержащих препаратов и сорбентов, а также воска и ак тивных углей. Для первой группы продукции пригодными являются все типы и виды торфа, для двух последующих – только верховой тип. Выбор пригодного торфяного сырья для всех указанных групп основан на введенных ограничениях по основным характеристикам – степени разложения и зольно сти, которые приводятся в структуре таблицы 2. Более детальное установление пригодности этих ка тегорий торфа производится в дальнейшем.

Таблица 2 – Наличие запасов торфа для выделенных групп продукции глубокой переработки торфа, млн т Тип залежи и характеристика торфа Администра- все типы и виды верховой низинный R 20%, Ас 23% R 15%, Ас 10% R 30%, Ас 5% R 25%, Ас 10% тивные области кол-во кол-во кол-во кол-во запасы запасы запасы запасы т/м, шт. т/м, шт. т/м, шт. т/м, шт.

Брестская 215 220,9 3 0,5 – – 14 23, Витебская 1034 231,4 142 130,8 45 11,0 311 218, Гомельская 617 521,7 60 9,9 23 4,8 86 156, Гродненская 208 168,6 13 9,0 6 2,2 10 2, Минская 618 649,4 85 28,0 34 9,4 93 102, Могилевская 563 118,8 143 38,2 75 12,6 54 48, Анализ приведенных данных показывает, что для производства широко распространенной группы продукции топливного (брикеты, мелкий кусок) и сельскохозяйственного назначения (орга но-минеральные удобрения, грунты) в республике имеются большие запасы пригодного сырья без использования объектов природоохранного фонда. Также значительными запасами по пригодности обеспечены группа товаров гуматсодержащих препаратов и сорбентов, которые имеют относительно меньшую потребность в республике. И, наконец, для группы уникальной продукции (воск, препараты на его основе, активные угли) запасы пригодного сырья существенно ограничены, причем они нали чествуют только в Минской, Витебской и Могилевской областях.

Таким образом, современные экономические реалии в республике свидетельствуют о возник шем новом витке возрастания потребности в торфяных ресурсах как местном виде топлива. Изучает ся возможность решения топливных проблем для ряда важных отраслей экономики, как например цементной промышленности, мини ТЭЦ и других. Однако решение этих новых задач сдерживается тем обстоятельством, что в торфяном фонде республики не имеется «свободных» крупных по запасам торфяных месторождений, которые могли бы явиться сырьевой базой производств масштабных объ емов топливной продукции. Анализ резервов торфяного фонда показал, что такие объекты имеются, но они находятся в основном в земельном и природоохранном фондах и вывод их из установленного пользования юридически и практически затруднен.

В настоящее время проводится широкомасштабная работа по перераспределению торфяных ре сурсов республики по целевым фондам, которая в итоге должна завершиться разработкой, согласова нием и утверждением новой схемы использования и охраны торфяных ресурсов Республики Беларусь на период до 2020 г.

Принцип эффективного использования природных ресурсов, особенно востребованных в на стоящее время во всех областях хозяйствования, выдвигает требование комплексных подходов в освое нии торфяных ресурсов. Решением Совета Министров Республики Беларусь [3] торфяная отрасль ори ентирована на развитие новых (альтернативных) производств по глубокой переработке торфа с получе нием целого ряда продукции многоцелевого назначения, в том числе и импортозамещающей. Такие производства относятся к малотоннажным, безотходным и отмечаются высокой экономической эффек тивностью в сравнении с традиционным использованием этого уникального ресурса.

Анализ существующего торфяного фонда республики, выполненный с позиций выбора пер спективного для этого направления сырья показал, что такое имеется в достаточном количестве прак тически по всем позициям этого направления.

• Литература 1. Схема рационального использования и охраны торфяных ресурсов БССР на период до 2010 г. (Брест ская, Витебская, Гомельская, Гродненская, Минская, Могилевская области). Справочник, Мн., (Утвержденная постановлением Совета Министров БССР от 25.11.1991 г., № 440).

2. Концепция энергетической безопасности Республики Беларусь, утвержденная Указом Президента от 17 сентября 2007 г. № 433.

3. Постановление Совета Министров Республики Беларусь от 26 декабря 2006 г., №1726 «Об утверждении плана мероприятий по использованию в республике местных топливно-энергетических ресурсов».



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.