ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2012, № 5, с. 6-12
УДК 622.7
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОРФА В КАЧЕСТВЕ ОРГАНИЧЕСКОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
© 2012 г. Н. Н. Бамбалов
Институт природопользования НАНБеларуси, Минск Е-шаП: peatland@ecology.basnet.by Поступила в редакцию 29.02.2012 г.
Обобщены данные по использованию торфа в различных направлениях химической переработки, в том числе для производства сорбентов, красителей, биологически активных веществ, медицинских, бальнеологических и косметических препаратов. Обсуждены особенности, преимущества и перспективы использования торфа в качестве сырья для химической переработки.
Методами химической переработки торфа получают десятки видов продукции для промышленности, сельского хозяйства, косметики, медицины, полиграфии, охраны окружающей среды и др. Наибольшее распространение получили торфяные стимуляторы роста растений, животных и микроорганизмов, сорбенты для очистки вод, газовых сред, ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов с поверхности почвы и воды, товары бытовой химии, строительные материалы, лекарственные и косметические препараты. Химически модифицированный торф используется в качестве питательных грунтов, мелиорантов почв и органоминеральных удобрений.
Несмотря на довольно большой перечень товаров, получаемых из торфа, в настоящее время для химической переработки используется не более 1% от всего торфа, добываемого в мире [1]. Основными потребителями непереработанного торфа все еще остаются топливная отрасль, сельское хозяйство и садоводство. Однако главной современной тенденцией в использовании торфа становится возрастание потребности в продуктах его химической переработки в связи с глобальными изменениями климата, нарастанием загрязнения окружающей среды, исчерпанием богатых месторождений цветных и благородных металлов, строительством новых и закрытием отработавших атомных электростанций, а также в связи с необходимостью ресурсосбережения.
Это неизбежно потребует увеличения выпуска из торфа в больших количествах новых и недорогих средств оструктуривания передвигающихся песков для предотвращения расширения пустынь, восстановления плодородия деградированных земель и уменьшения количества климатических беженцев, для очистки почв, загрязненных пестицидами и стойкими органическими загрязнителями, особенно в зонах влияния мегаполисов. Современные требования фокусируют-
ся на создании высокоэффективных ресурсосберегающих органоминеральных удобрений взамен минеральных и части органических, на расширении производства средств для подземного выщелачивания цветных и благородных металлов из бедных и ранее отработанных месторождений, высокоэффективных средств дезактивации территорий и технологического оборудования действующих и закрывающихся атомных электростанций, утилизации радиоактивных отходов, а также на получении композиционных материалов полифункционального действия.
Получение этих и многих других продуктов возможно благодаря ряду особенностей и преимуществ торфа перед другими видами органического сырья.
Первая особенность — зависимость химического состава, физической структуры и свойств торфа от природных факторов: химического, гранулометрического и минералогического состава горных пород, на которых развиваются торфяные месторождения, от рельефа, химического состава питающих болота вод, динамики гидротермических условий, кислородного режима и др. [2—6]. Эти факторы влияют на формирование видового и химического состава растений-торфообразова-телей, интенсивность и направленность процессов их превращения в торф. Помимо компонентов, содержащихся в растениях-торфообразова-телях, в формировании химического состава торфа большая роль принадлежит гуминовым веществам, которых нет в живых растениях, но они создаются в процессе торфообразования, а также соединениям, синтезированным микроорганизмами, и веществам, привнесенным в торфяные месторождения с атмосферными осадками, подземными и поверхностными водами.
Вторая особенность — исключительная сложность химического состава и физической структуры торфа. Большое количество вариантов соче-
таний природных факторов торфообразования обусловливает формирование большого разнообразия видов торфа [2, 3, 7], различающихся ботаническим составом, степенью разложения, химическим составом органического вещества и минеральной части, пористостью, размерами и формами пор, поглотительной способностью, биологической активностью, ионообменными и многими другими свойствами. На большом фактическом материале установлены зависимости между содержанием основных компонентов органического вещества в торфе, ботаническим составом, степенью разложения, теплотой сгорания, кислотностью и зольностью [2, 3, 8], что позволяет целенаправленно обосновывать выбор торфяного сырья для производства конкретных продуктов его химической переработки.
Третья особенность — зависимость химического состава торфяного сырья от способов добычи, продолжительности и условий его хранения. Если, например, торф добывается фрезерным способом, то проходит как минимум два сезона от осушения торфяной залежи до складирования добытого торфа. В это время происходят большие изменения в осушенном слое торфяных залежей за счет окислительно-восстановительных процессов и биохимических ферментативных реакций. Не менее глубокие изменения происходят в химическом составе торфа в процессе его хранения в складочных единицах, особенно если он подвергается процессам саморазогревания [9, 10]. Эта проблема не возникала до тех пор, пока торф использовался как топливо и органические удобрения. Однако когда его начали использовать в качестве химического сырья, в частности для получения воска, гуминовых препаратов, активированных углей, сорбентов, дрожжей, лекарственных средств и др., возникла проблема несоответствия результатов исследований химического состава торфа из неосушенных и осушенных торфяных залежей.
На большом фактическом материале доказано [10], что данные химических анализов образцов торфа, отобранных из неосушенных торфяных залежей при разведке торфяных месторождений, существенно отличаются от данных, полученных при характеристике торфяного сырья, добытого промышленными способами из этих же торфяных месторождений. Дело в том, что в неосушенных торфяных залежах поры торфа заполнены водой, температура и связанный с ней тепло- и мас-соперенос изменяются незначительно. В таких условиях в торфяных залежах преобладают анаэробные биохимические и физико-химические процессы, мало изменяющие химический состав торфа. В результате осушения в поры торфа вместо удаленной воды проникает воздух, поэтому анаэробные процессы сменяются аэробными, снижение влажности усиливает процессы тепло-
и массопереноса в осушенном слое и многократно интенсифицирует процессы разложения органического вещества. В этих условиях торф находится с момента осушения до начала добычи, что составляет обычно 2—3 года и более. Кроме того, торфяные залежи, подготовленные к добыче торфа, подвергаются воздействию солнечного света, что обусловливает фотохимические изменения многих компонентов торфа.
Итог указанных выше процессов — биохимическая и фотохимическая деструкция, интенсификация минерализации органического вещества, а также другие изменения многих компонентов торфа, что в большой степени меняет его первоначальный химический состав. В результате осушения торфяных месторождений потери углеводного комплекса могут достигать 20%, торфяного воска — до 15—25% по сравнению с содержанием в неосушенных торфяных залежах [10]. Существенные изменения происходят в гуминовом комплексе, включая изменения молекулярной структуры гуминовых веществ за счет параллельных процессов их деструкции и конденсации. Значительные изменения происходят в составе минеральной части торфа. В составе торфяной воды возрастает содержание органических и минеральных компонентов в 1.2—2 раза, в торфе верхового и переходного типов снижается кислотность [10]. Таким образом, торфяное сырье, извлеченное из осушенных торфяных залежей, по многим характеристикам отличается от нативно-го торфа.
Последующая добыча торфа, включая экскавацию торфяной залежи, сушку торфа, его уборку и хранение, сопровождается усилением биохимических, фотохимических и физико-химических изменений состава и свойств торфяного сырья, величина и интенсивность которых определяются применяемыми технологиями и метеорологическими условиями. При этом наибольшие изменения состава и свойств торфа происходят при добыче фрезерным способом в условиях жаркого и сухого сезона [10].
Эти важные исследования белорусских специалистов имеют принципиальное значение для оценки сырьевых баз, проектирования и организации производств по химической переработке торфа не только в Беларуси, но и в других государствах, поскольку ими установлены закономерности общенаучной значимости. На основании полученных результатов обоснованы технологические приемы сушки торфа, позволяющие в значительной степени избежать указанных выше негативных процессов на стадии добычи и хранения сырья для химической переработки [9, 10].
Еще одна особенность торфяного сырья — неравномерность залегания пластов торфа с однородным химическим составом по глубине и территории одного и того же торфяного месторожде-
ния. Закономерности исторического развития торфяных залежей таковы, что в них неизбежно происходит изменение условий водно-минерального питания во времени как в связи с изменениями климата на протяжении тысячелетий, так и по мере нарастания торфяного слоя, обеспечивающего постепенное удаление корневых систем болотных растений от материнского минерального грунта. Последнее сказывается на изменении водно-минерального питания растений, вместе с которым неизбежно изменяется ботанический состав растительных сообществ, формирующих торф, а в конечном итоге — химический состав торфа. Весьма часто торфяные месторождения представляют собой отложения, похожие на "слоеный пирог", из-за неоднородности видового и типового состава отложений торфа на разных глубинах и разных участках в пределах одного месторождения, а это создает проблемы дл
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.