ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2010, № 6, с. 3-10
УДК 634.0.816 : 631.895
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОРФА И ИХ ТРАНСФОРМАЦИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТОРФЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
© 2010 г. И. И. Лиштван
ГНУ "Институт природопользования НАНБеларуси", Минск E-mail: nature@ecology.basnet.by Поступила в редакцию 31.05.2010 г.
Рассмотрены физико-химические свойства торфа как полуколлоидно-высокомолекулярной полифракционной гидрофильной системы с признаками полиэлектролитов и микромозаичной гетерогенности. Приведены уравнения регрессии для оценки взаимосвязи между признаками торфа. Выявлены две группы признаков, характеризующих его свойства и структуру. Выделены потоки влаги при низкотермическом ее переносе. Показано, что торф в естественном состоянии — вязко-пластичное реологическое тело. Результаты исследований применяются при выборе направлений комплексного использования торфяных ресурсов.
Торфяные месторождения как природные образования широко распространены на земном шаре, являясь медленно возобновляемыми природными комплексами. Время их образования исчисляется тысячелетиями. Прирост торфа не превышает 1 мм в год или примерно 1 т на гектар [1-5].
Торфяные залежи имеют большую биологическую продуктивность, а их роль в образовании органического вещества на Земле и выделении кислорода аналогична или выше роли леса. Моховые торфяные месторождения поглощают до 40% парниковых газов. Если в состав географического ландшафта входят торфяные месторождения, они оказывают решающее влияние на водный баланс территории и определяют сток многих речных систем. Общеизвестна исключительно высокая роль торфяных месторождений в формировании местного климата и создании специфических условий для функционирования биологического разнообразия животного и растительного мира. Вот почему многие экологи выступают в защиту торфяных болот, требуют ограничений в их освоении. Разработка торфяных месторождений в общем процессе природопользования должна быть не только рациональной, но и биосферно-совместимой. Главное здесь — не допустить разба-лансирования биосферных процессов и круговорота веществ и энергии на региональных уровнях. Экологические приоритеты должны в обязательном порядке иметь верховенство над экономическими подходами, особенно теперь, при реконструкции мелиоративных систем и разработке торфяных месторождений.
Торф в естественном состоянии удерживает большое количество влаги разных категорий [1— 5]. В засушливый период торфяные месторождения способны длительное время поддерживать уровень грунтовых вод на прилегающих суходольных территориях. В начальной стадии засухи иссушение торфяного месторождения идет интенсивно, в дальнейшем этот процесс затухает, и залежь способна в течение длительного периода удерживать большие запасы воды. При осушении торфяные месторождения утрачивают свойственные им в естественном состоянии функции аккумуляторов влаги и регуляторов поверхностного стока, что резко сказывается на климатических условиях, водном и тепловом балансе района их размещения. Сокращается число видов растений и снижается их биовидохимическая продуктивность, в том числе лекарственных, кормовых, богатых витаминами растений.
В разных странах имеются большие площади выбывших из эксплуатации торфяных месторождений, ведется активная работа по их использованию под сельскохозяйственные и охотничьи угодья, лесопосадки, водохранилища, в целях повторного заболачивания [2—5]. При выборе направлений использования выбывших из эксплуатации залежей необходимо учитывать следующие природные факторы: режим водно-минерального питания, характер подстилающего грунта, взаимосвязь с окружающей средой, геоморфологические условия залегания месторождений, свойства придонных слоев торфа. Обычно имеется несколько групп (более 10) торфяных месторождений, различающихся геоморфологическими условиями залегания. На основе их анали-
Таблица 1. Уравнение регрессии для оценки взаимосвязей между признаками торфа
Коррелирующий признак г ху Тип торфа Уравнение Ошибка Объем совокупности
у X регрессии уравнений
рН Са2+ 0.67 Низинный у = 0.0085х + 4.2 ±0.4 104
рН Са2+ 0.59 Верховой у = 0.0175х + 2.87 ±0.31 133
еб Сг 0.76 Низинный у = 87.2х + 469 ±126 149
еб Сг 0.85 Верховой у = 100.8х - 278 ±210 143
ГК Я 0.48 Низинный у = 0.192х + 33.2 ±4.5 148
ГК Я 0.75 Верховой у = 0.48х + 14.1 ±8.3 139
ГК ВР + ЛГ -0.71 Низинный у = 54.9 - 0.035х ±3.6 139
ГК ВР + ЛГ -0.77 Верховой у = 47.4 - 0.66х ±6.5 139
СаО Са2+ 0.81 Низинный у = 0.0212х + 0.42 ±0.65 134
СаО Са2+ 0.82 Верховой у = 0.0199х + 0.14 ±0.18 140
ЕКВ+ Са2+ 0.90 Низинный у = 1.13х + 41.6 ±29.2 134
ЕКВ+ Са2+ 0.95 Верховой у = 1.14х + 12.5 ±4.8 134
Р<250 Я 0.46 Низинный у = 0.42х + 48.1 ±10.6 119
Р<250 Я 0.80 Верховой у = 0.91х + 32.7 ±11.0 119
Примечания. Са2+, мг-экв на 100 г сухого вещества; еб — теплота сгорания, ккал/кг; Сг — углерод, % на орг. массу; ГК — гуми-новые кислоты, % на орг. массу; ВР + ЛГ — водорастворимые и легкогидролизуемые соединения, % на орг. массу; R — степень разложения%; СаО, % от сухого вещества; Ки+ — сумма катионов, мг-экв на 100 г сухого вещества; P <250 — фракции <250 мкм, % от содержания всех фракций.
за предложены критерии для определения направлений использования торфяных залежей после выработки торфа (сельско-, водо- и лесохозяй-ственное, биоресурсное, многоцелевое).
Состав и свойства торфа изменяются в широких пределах, что определяется многообразием растений-торфообразователей, уровнем распада органического вещества и условиями торфона-копления. В связи с этим, для оценки качества торфа как сырья многоцелевого использования следует применять комплекс общетехнических, агрономических, химических и физико-химических показателей. Сводить все многообразие свойств торфа лишь к видовой характеристике и степени разложения нельзя из-за широкой вариабельности свойств одноименных видов торфа различных месторождений при одинаковой степени разложения и совпадении ведущих и подчиненных растений-торфообразователей [2—6].
Результаты и их обсуждение
Определение наиболее приемлемых характеристик и их использование для оценки качества торфа существенно упрощаются при наличии установленных связей между признаками состава и свойств торфа. Были получены и проанализи-
рованы корреляционные связи между 35 признаками торфа в пределах типов, отдельных видов и месторождений. Для надежных связей получены уравнения парной регрессии. Наиболее характерные из них включены в табл. 1.
На основании анализа корреляционных связей можно сделать ряд общих заключений. Если в верховом торфе большинство свойств определяется степенью биохимического распада исходного вещества, то в низинном на тесноту таких связей существенно влияет состав неорганической части. Достоверных связей между признаками в верховом торфе больше, чем в низинном. Весьма тесные связи обнаруживаются в пределах отдельных месторождений. Так как одноименные растительные группировки могут различаться по общей минерализации и химическому составу субстрата в зависимости от географической зональности, то теснота связей между признаками торфа внутри видов мало отличается от характера взаимосвязей в пределах типов.
Анализ корреляционных связей между компонентами неорганической части позволяет отнести кальций к группе основных признаков торфа, где он ответствен, главным образом, за кислотность среды. Из показателей элементного состава наибольшее число связей с другими свойствами
Таблица 2. Групповой состав органической массы торфа, %
Тип торфа Количество Б (битумы бензоль- ВР + ЛГ всего, в том числе РВ ГК ФК Ц НГ
образцов ные) ВР + ЛГ РВ
Низинный 361 4.2 25 .2 13 .6 40.0 15 .5 2. 4 4.2
1 . 2 -12 .5 9. 2-45 .8 4. 3 -26. 9 1 8 .6 -5 5.5 5 . 0-27 .9 0 . 0 -9.0 1 . 2 -12 .5
Переходный 126 6 .6 23 .9 13 .9 3 7.8 1 5.7 3 . 6 11 .4
2 .2 -13 .7 6 . 9-51 . 5 4. 3 -33 . 1 1 1 .7 -5 2.5 1 8 .6 -5 5.5 0. 0- 15 . 9 1 . 9 - 14 .3
Верховой 376 7 .0 35 .8 21 .6 24.7 1 6.6 7. 3 7 . 4
1 . 2 -17 .7 9. 0-33 .1 4. 1 -2. 4 4.6 -49.9 1 0 .0 -3 0.4 0. 7 -20 . 7 0 . 0-21 . 1
Примечания. Числитель — среднее значение признака свойства торфа; знаменатель — пределы его изменения; РВ — редуцирующие вещества; Ц — целлюлоза; НГ — негидролизуемый остаток.
образуют углерод и кислород, находящиеся в тесной обратной связи. Число достоверных связей углерода с другими свойствами в верховом торфе больше, чем в низинном и переходном.
Как известно, основными группами органических соединений торфа являются битумы (Б), водорастворимые (ВР) и легкогидролизуемые (ЛГ) соединения; гуминовые вещества — гуминовые (ГК) и фульвовые кислоты (ФК), гиматомелано-вые кислоты; целлюлоза, негидролизуемый остаток (НГ). Выход этих веществ для различных видов и типов торфа варьируется в широких пределах (табл. 2) [3].
Если по минимальному содержанию битумов типы торфа практически не различаются, то по максимальному количеству их можно расположить в ряд; низинный < переходный < верховой. Наибольшее количество водорастворимых и лег-когидролизуемых соединений обнаружено также в верховом торфе, благодаря чему он пригоден для гидролизного производства. Торф относится к сильно гумифицированным природным соединениям, что делает эффективной его переработку с целью получения разнообразных продуктов и материалов, в том числе и различных видов органических и органоминеральных удобрений.
В целом, по данным группового состава торфа можно заключить, что из большого разнообразия природных ресурсов, требующих комплексного подхода к освоению, торф как молодое горючее ископаемых занимает особое место по сложности своего состава и наличию широкого класса органических соединений (битумов, углеводов, гуминовых веществ), представляющих интерес для химической промышленности, сельского хозяйства, энергетики, машиностроения, буровой техники, подземного выщелачивания руд, защиты металлов от коррозии, окраски древесины, охраны окружающей среды и поглощения тяже-
лых металлов, нефтепродуктов, радионуклидов, медицины и т.д.
Каким бы сложным по составу и свойствам торф ни был, все же основные его признаки можно свес
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.