CC BY
21УДК 631.812
Макеенко А.А.
Макеенко Александр Александрович, аспирант, младший научный сотрудник лаборатории экотехнологий, Институт природопользования НАН Беларуси, Минск, такееп-kol507@mail.ru.
Makeyenko A.A.
Makeyenko Alexander A., PhD student, Junior Researcher of Ecotechnology Laboratory, Institute for Nature Management of the National Academy of Sciences of Belarus.
БЕЗОТХОДНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ХИМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ТОРФА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГУМИНОВЫХ ПРЕПАРАТОВ
Аннотация. Как известно, современные технологии производства гуминовых препаратов базируются в основном на глубокой химической переработке торфа, подвергая его окислительной или гидролитической деструкции в присутствии щелочных реагентов. В ближайшие годы в Республике Беларусь будут расширяться объемы выпуска гуминовых препаратов, что требует решения проблемы утилизации побочных продуктов (твердых остатков), образующихся при их производстве. Изучению состава и свойств твердых остатков исследователи ранее не уделяли должного внимания, а в настоящее время безотходное использование самого торфа стало неотложной задачей, как в экологическом, так и в экономическом плане. В данной статье представлена возможность применения твердых остатков производства гуминовых препаратов в качестве упрочняющей добавки для формованного древесного топлива.
WASTELESS USE
OF PEAT CHEMICAL
DESTRUCTION
PRODUCTS
OFHUMIC
PREPARATIONS
PRODUCTION
Annotation. As is known, modern technologies for the humic preparations production are based mainly on the deep peat chemical processing, exposing it to oxidative or hydrolytic degradation in the presence of alkaline reagents. In the coming years, the volume of production of humic preparations will increase in the Republic of Belarus, which requires solving the problem of utilization of by-products (solid residues) generated during their production. Researchers have not previously paid due attention to the study of the composition and properties of solid residues, and now wasteless use of peat itself has become an urgent task, both in ecological and economical terms. This article presents the possibility of using solid residues of the humic preparations production as a reinforcing additive for wood molded fuel.
Ключевые слова: торф, химическая переработка, гуминовые препараты, твердые остатки, пеллеты.
Keywords: peat, chemical processing, humic preparations, solid residues, pellets.
Одним из важных природных ресурсов Беларуси является торф. По данным г еологической разведки торфяных месторождений, общие его запасы составляют около 4 млрд тонн. Обращает на себя внимание видовое разнообразие торфа, который представлен более чем 40 ботаническими видами, различающимися большим разнообразием по химическому составу и свойствам [1].
Основным направлением использования торфа в Республике Беларусь как источника энергии остается его заготовка на топливо (фрезерная крошка, брикеты, мелкокусковой торф). Однако, учитывая его неконкурентоспособность по сравнению с природным газом, его роль как топлива снизилась. При этом сфера его применения в нетопливных целях заметно расширяется за счет приготовления на его основе новых видов грунтов, обогащенных минеральными макро- и микроэлементами, мелиорантов, гранулированных форм торфоминеральных удобрений, кассет для рассады, сорбентов различного назначения и др. [2].
Стоит отметить тот факт, что торф в республике все чаще привлекает внимание как сырье для химической переработки, учитывая, что он является богатым источником органических веществ, не уступая растительному сырью. При этом органическое вещество торфа представлено пектинами, гемицеллюлозами, целлюлозой, лигнином, битумами. В этой связи эффективное использование его органических компонентов связано с деструкцией торфа, позволяющее выделить его основные компоненты, используя экстракцию органическими растворителями, его гидролиз минеральными кислотами, окисление в щелочной среде, термолиз, а также методы механической деструкции. Кроме органических соединений растительного происхождения, он включает в свой химический состав соединения гуми-новой природы, образующиеся в процессе формирования торфяных залежей. Гумино-вые вещества могут быть представлены в торфе в количестве до 50 % от его органической массы [3].
Институтом природопользования НАН Беларуси (ранее Институт торфа АН БССР) разработаны эффективные способы и технологические основы получения из торфа гуминовых препаратов с использованием методов его окислительно-гидролитической деструкции. Они способствуют снижению молекулярной массы гуминовых кислот, повышению их биологической активности, а также пополняет целевые продукты широкой гаммой аминокислот, карбоновых кис-
лот, низкомолекулярных фенольных соединений, обладающих антиоксидантными свойствами.
Проведенная совместно с НИИ аграрного профиля широкая производственная проверка гуминовых препаратов как регуляторов роста растений выявила их положительное влияние на основные процессы роста и развития различных сельскохозяйственных культур. Учитывая эффективность таких препаратов при применении на практике и экологическую безвредность по санитарно-гигиеническим показателям, разработанные в Беларуси гуминовые препараты «Оксидат торфа», «Гидрогумат», «Окси-гумат», «Гуморост» разрешены к применению в сельском хозяйстве на территории республики, включая зону земледелия с повышенным радиоактивным фоном [4].
В большинстве административных областей республики осуществляется выпуск указанных гуминовых препаратов на мобильных промышленных установках, позволяющих производить целевые продукты в объеме от 300 до 600 тонн в год.
Важно сообщить, что в последние годы ассортимент биологически активных препаратов существенно расширяется за счет разработки и организации выпуска новых гу-матсодержащих кормовых добавок для животноводства («ИПАН», «Эколин»), птицеводства («Гумосил»), а также консервантов влажного зерна (препарат «Гумоплюс») и зеленых силосуемых кормов (препараты «Консил» и «Консил-Уни»), а ранее разработанные регуляторы роста растений «Гидро-гумат» и «Оксигумат» рекомендованы к использованию в качестве добавок к новым формам азотных, фосфорных, калийных и комплексных минеральных удобрений, выпускаемых в Беларуси [3, 5-6].
Учитывая возможность появления новых малотоннажных производств гуминовых препаратов, в чем заинтересован малый бизнес, а также намечаемый к созданию крупный комбинат по комплексной глубокой переработке торфа на базе одного из торфяных месторождений (Туршовка-Чертово), с получением широкой гаммы другой востребованной торфяной продукции возникает неотложная задача утилизации твердых остатков, образующихся в производстве [7].
Для определения величины потерь исходного торфа на существующих опытно-промышленных установках по получению гуминовых препаратов были выполнены расчеты по определению выхода твердой фазы, образующейся после центрифугирования, с последующим определением содер-
жания в этом остатке органической массы.
Как и следовало ожидать, большие потери органических соединений, которые не перешли в жидкую фазу (целевой продукт), были установлены для производства «Окси-дата торфа» и «Гумовета», что обусловлено использованием в процессе окисления торфа как реагента водного аммиака. Потери при этом составляют до 35 % в расчете на органическую массу исходного торфа. В то же время применение натриевой щелочи в производстве «Оксигумата» и «Гидрогума-та» способствует более глубокой деструкции компонентов торфяного сырья и позволяет получать гуминовые препараты с меньшими потерями (22-25 %).
Таким образом, было установлено, что потери органического вещества торфа с твердым остатком являются значительными. К сожалению, изучению состава и
свойств твердых остатков исследователи ранее не уделяли должного внимания, а в настоящее время безотходное использование самого торфа стало неотложной задачей, как в экологическом, так и в экономическом плане.
Целью дальнейшей работы был отбор твердых остатков на четырех опытно-промышленных установках, осуществляющих производство гуминовых препаратов на основе торфа. Исходя из проведенной органолептической оценки, остатки представляют собой вязко-волокнистую массу темно-коричневого цвета с запахом щелочи или аммиака (в зависимости от используемого реагента в процессе переработки торфа).
Были определены физико-химические характеристики отобранных твердых остатков, результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1. Физико-химическая характеристика побочных продуктов
производства гуминовых препаратов
Table 1. Physico-chemical characteristics of the by-products of the production of humic preparations
Показатели Побочные продукты
«Гидрогумат» «Оксигумат» «Оксидат торфа» «Гумовет»
Влажность, % 78,3 80,7 85,1 68, 0
Зольность, % 5,48 4,23 5,09 1,01
рН водной вытяжки 8,98 8,82 8,89 9,06
Плотность, г/см3 1,12 1,11 1,08 1,16
Как видно из указанной таблицы, относительная влажность «Гидрогумата», «Оксигумата» и «Оксидата торфа» находилась в пределах 78-85 %, в то время как для «Гумовета» - 68 %. Невысокое содержание минеральных веществ, судя по зольности, находилось в пределах 4,23-5,48 % для первых трех препаратов. Содержание золы - 1 %, что обусловлено использованием малоразложившегося, менее минерализированного сфагнового торфа. Активная кислотность, выраженная в единицах рН, находилась в пределах 8,82-9,06, то есть практически на одном уровне. Плотность составляла от 1,08 до 1,16 г/см3.
Лабораторией экотехнологий Института природопользования НАН Беларуси научно обоснована и экспериментально подтверждена перспективность включения в формуемую древесную массу твердых остатков, образующихся при производстве гуминовых препаратов из торфа.
Исследование компонентного состава твердых остатков показало, что их органическая масса представлена преимуще-
ственно лигнином, высокомолекулярными соединениями гуминовой природы, а также битумами. Важно отметить, что такие компоненты, согласно литературным данным, обладают связующими свойствами и могут оказывать положительное воздействие на прочностные показатели различных композиционных материалов. Поэтому были проведены поисковые исследования по возможности использования данных побочных продуктов, образующихся при получении гуминовых препаратов, в качестве упрочняющих добавок к древесному формуемому топливу.
Для этого в лабораторных условиях кафедры химической переработки древесины БГТУ были изготовлены древесные топливные гранулы (пеллеты) с добавлением твердого остатка производства препарата «Оксидат торфа», а также определены физико-механические показатели пеллет (плотность, предел прочности при изгибе, стойкость к истиранию). Результаты проведенных испытаний представлены в таблице 2.
Таблица 2. Физико-механические показатели пеллет
Table 2. Physico-mechanical parameters of pellets
Показатели Без добавки С добавкой
Стойкость к истиранию (содержание неразрушенных пеллет), % 95,53 97,78
Плотность, г/см3 1,056 1,053
Разрушающе еусилие, Н 78,50 93,75
Предел прочности при изгибе, МПа 6,71 8,95
Можно сделать вывод, что использование побочных продуктов переработки торфа в топливных гранулах (пеллетах) является перспективным направлением утилизации, что обусловлено увеличением прочности при изгибе и стойкости к истиранию древесного формованного топлива.
Библиографический список
1. Полезные ископаемые Беларуси / Гудак С.П., Синичкина A.M., Хомич П.З. Минск: Адукацыя, выхаванне, 2002. 527 с.
2. Торф в решении проблем энергетики, сельского хозяйства и экологии / А.Э. Томсон, Т.В. Соколова, Н.Е. Сосновская, B.C. Пехтерева. Минск: Тонпик, 2006. С. 391.
3. Торф и продукты его переработки / А.Э. Том-сон, Г.В. Наумова. Минск: Беларуская навука, 2009. С. 257-264.
4. Государственный реестр средств защиты рас-
тений (пестицидов) и удобрений, разрешенных к применению на территории Республики Беларусь / Министерство сельского хозяйства и продовольствия РБ, Минск, 2017. «Биз-несофсет». 543 с.
5. Наумова Г.В. Новая экологобезопасная биологически активная кормовая добавка для птицеводства и животноводства на основе торфа / Г.В. Наумова [и др.] // Материалы конференции «Проблемы природопользования: итоги и перспективы». Минск, 2012. С. 67-71.
6. Наумова Г.В. Эффективность использования нового консерванта плющеного зерна «Гумо-плюс» / Г.В. Наумова [и др.] // Природопользование. Минск, 2013. №24. С. 123-128.
7. Лиштван И.И. Оценка торфа месторождения Туршовка-Чертово как сырья для глубокой комплексной переработки / И.И. Лиштван [и др.] // Природопользование: сборник научных трудов. Минск, 2016. №30.158 с.
