CC BY
41
УДК 504.062:620.91:631.87
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕСУРСОВ ВОЛЫНСКИХ ОЗЕР М. И. ШЕВЧУК, А. Г. СЕРГУШКО
Восточноевропейский национальный университет имени Леси Украинки, г. Луцк, Украина, 43025, e-mail: [email protected]
(Поступила в редакцию 05.09.2016)
В статье описаны перспективы энергетических свойств озерных ресурсов Волынской области Украины, а именно нетипичное использование донных отложений полесских озер, то есть не только в качестве сырья для приготовления удобрений и кормовых добавок в сельском хозяйстве. Указаны регионы Украины с крупнейшими месторождениями ценных озерных сапропелей. Описана современная проблема использования химических удобрений, торфа и конкурирования сапропеля с ними. Отмечено состояние изучения вопроса энергетической ценности сапропеля в качестве альтернативного источника энергии. На основе данных исследований научных учреждений по определению калорийных показателей сапропелей, которые еще не публиковались, рассмотрены направления использования озерных отложений в отраслях экономики и хозяйственной деятельности человека. Описана основная методика проведенных исследований и ее эффективность. Определены физические показатели калорийности сапропелей озер, сделан анализ энергетической ценности в зависимости от типа, класса и вида сапропеля. Возможные пути применения сапропелевых ресурсов рассматриваются также с экологической точки зрения с целью восстановления природной гидрологической роли водоемов, которые на современном этапе подвергаются интенсивным процессам эвтрофикации и заболачивания. Учитывая необходимость комплекса неотложных реставрационных и мелиоративных мероприятий, выполнена оценка природно-ресурсного и энергетического потенциала ряда озер, где проведено исследовательские мероприятия. Указано разведанные запасы и качественные показатели донных отложений, описано их калорийные свойства. Проведено сравнение энергетических свойств сапропелей с различными альтернативными источниками энергии. В результате работы сделаны конкретные выводы относительно наиболее энергетически ценных типов сапропеля Волынской области Украины.
Ключевые слова: озеро, сапропель, торф, калорийность, зола, органическое вещество.
This article describes the prospects for the energy properties of lake resources of Volyn region of Ukraine, namely non-typical use of Polissya lakes sediment, that is, not only as a raw material for making fertilizers and feed additives in agriculture. We have shown Ukrainian regions with the largest deposits of lake sapropel. We have described modern problem of the use of chemical fertilizers and peat and competitive use of sapropel. We have noted the energy value of sapropel as an alternative energy source. On the basis of data of scientific institutions research into the determination of caloric indicators of sapropels, which have not yet been published, we have examined ways of using lake sediments in the fields of economy and human activities. We have described the main methods of research and their effectiveness. We have determined physical indicators of calorie content of lake sapropels, made an analysis of energy value depending on the type, grade and type of sapropel. Possible ways of applying sapropel resources are also considered from the ecological standpoint, in order to restore natural hydrological role of reservoirs that are at present under-subjected to intensive processes of eutrophication and swamping. Given the need for a complex of urgent restoration and reclamation activities, we have estimated the natural-resource and energy potential of a number of lakes, where we conducted research activities. We have shown reserves and qualitative indicators of sediment, described their nutritive properties. We have conducted comparison of the energy properties of sapropel with different alternative energy sources. As a result, we have made concrete conclusions on the most energetically valuable types of sapropel in the Volyn region of Ukraine.
Keywords: lake, sapropel, peat, calorie content, ash, organic matter.
Введение
Озерные экосистемы Волынского Полесья Украины, помимо традиционных ресурсов, пресной воды и рыбы, имеют перспективные мощности, которые можно использовать - донные отложения. Их разнообразие определяется структурными и химическими особенностями и связаны с исходным материалом [9]. Волынская область обладает запасами сапропелевых отложений 88 млн. тонн с разнообразными химическими свойствами [3]. Происхождение, условия формирования, тип подпитки, влияние на окружающую среду озерных экосистем предопределяет их использование в различных направлениях. Анализ гидрографических и геологических параметров озер, дает возможность предложить эффективные способы добычи донных отложений и их дальнейшее использование.
Уменьшение использования торфа как основного компонента при производстве органических удобрений [9], при постоянном росте цен на промышленные туки, ставит сапропелевые отложения в выгодное положение для современного и перспективного использования. На применение донных отложений в качестве органических удобрений указывали В. Н. Сукачев [8], К. Николаев [4], А. В. Смирнов [6]. Вместе с тем в условиях конкуренции с торфом, перспектива энергетической ценности сапропеля в качестве альтернативного источника энергии изучена недостаточно.
Научный интерес к сапропелям возник в прошлом веке, когда М. М. Соловьев, В. С. Позняк, Н. С. Козлов оценивали их как новые местные энергетические ресурсы [7, 5, 1]. Поскольку по характеристикам они приближаются к торфу, И. Ф. Ларгин, Н. И. Щадрина указывали, что это предшественники формирования угольных и нефтяных ресурсов [2]. Проблемы естественной сушки добытого сапропеля, неэффективность предложенных методов рафинирования продукции из них и относительное увеличение объемов добычи для этих целей торфа снизили научный и практический интерес к донным отложениям [5].
Цель и задачи работы - проанализировать калорийность некоторых видов сапропеля для оценки их энергетической ценности и предложить эффективные пути их использования.
Основная часть
Волынская область по балансовым запасам сапропеля при существующих минимальных объемах его добычи обеспечена более чем на сто лет. Значительные запасы сапропеля разведаны и в Ровен-ской области (8 млн. тонн). Сапропели содержат органические вещества в коллоидном состоянии, макро- и микроэлементы, биологически активные вещества, которые могут использоваться в различных отраслях народного хозяйства [9].
С целью повышения биопродуктивности почвы, важен валовой баланс суммарной энергии как в органическом веществе почвы, так и при использовании в качестве удобрения. Объектом исследования являются донные отложения 10 озер полесских и центральных районов Волынской области для оценки их энергетической ценности (таблица).
Характеристики образцов сапропеля исследуемых озер
Название озер Тип Класс Вид Содержание органического вещества, %
Тростянецкое, Владимир-Волынский район смешанный карбонатный известняковый 65,4
Туричанское, Турийский район смешанный карбонатный известняковый, органо-известняковый 66,1
Кустичи, Турийский район смешанный карбонатный известняковый 50,0
Погорелое, Турийский район смешанный карбонатный смешанно-водорослевый 61,4
Рудно, Турийский район смешанный карбонатный органо-известняковый 53,3
Любань, Ратновский район кластогенный органо-силикатный, силикатный органо-глинистый, песчанистый 54,0
Бурков, Любешовский район биогенный органический смешанно-водорослевый 74,0
Сельское, Ковельский район биогенный, кластогенный, смешанный органический, орга-но-силикатный, карбонатный органо-известняковый, торфяной, органо-глинистый, смешанно-водорослевый 71,3
Безодное, Старовыжевский район биогенный органический смешанно-водорослевый 84,0
Белое, Старовыжевский район биогенный, смешанный, органический, карбонатный зоо-водорослевый, органо-известняковый 74,6
Лабораторные исследования по определению калорийности сапропеля проводились в калориметрической лаборатории института экологии Карпат НАН Украины на микроволновом калориметре МВК-2. Методика ее определения состоит в измерении теплоты сгорания в атмосфере кислорода органических веществ массой от 1 до 30 мг с погрешностью не более 1 % (рис. 1).
кДж/г
I_¡содержание
органического вещества, %
/ //
/ / /
названия озер
калорийность
органического
вещества
сапропеля,
кДж/г
Рис. 1. Калорийность сапропеля в зависимости от содержания органического вещества
Результаты исследований калорийности сапропелей в зависимости от содержания органического вещества указывают на то, что чем больше в них содержание органического вещества, тем выше их калорийность. При содержании органического вещества 50-75 % их калорийность составляет 1620 кДж/г. В озерах Бурков Любешовского и Безодное Старовыжевского районов, где преобладает биогенный тип, органический класс и смешанно-водорослевый вид сапропеля, больше 21 кДж/г. В водоемах Кустичи и Погорелое Турийского района - 19,7-20,1 кДж/г, где донные отложения представлены смешанным типом, карбонатного класса, известнякового и смешанно-водорослевого видов. Высокие показатели в озере Белом Старовыжевского района (биогенный и смешанный типы, органический и карбонатный классы, смешанно-водорослевый и органо-известняковый виды сапропеля) - в пределах 19,3 кДж/г. При содержании органического вещества в сапропеле 71,3 % озера Сельское Ковельского района его калорийность составляет 17,2 кДж/г. Хотя в этом озере отложения сапропеля различных типов, но 70 % преобладает биогенный тип.
Калорийность органического вещества указывает на энергетическую ценность донных отложений в плане рассмотрения их в качестве альтернативного источника энергии, поскольку именно сгоранием органического вещества достигается энергетический эффект. Всю сапропелевую массу (органическое вещество + зола) в плане калорийности можно рассматривать при ее общем использовании (без сгорания), например в качестве удобрений в сельском хозяйстве.
Соотношение энергетической ценности к содержанию органического вещества указывают на то, что перспективными в энергетическом плане являются озера Турийского района: Кустичи, Погорелое и Рудно со смешанным типом и карбонатным классом (см. выше), а также Любань Ратновского района с кластогенным типом, органо-силикатным и силикатным классами, органо-глинистым и песчанистым видами сапропеля, в которых 1 кДж/г калорийности формируется с 2,5-3 % органического вещества (рис. 2).
0,450
кДж/%
0,400
0,200
0,150
0,100
0,050
0,000
4— КШЮрШОХПЬ,
кДж/г ш1% оргашяескош вещества
/
//////////
названия
озер
Рис. 2. Соотношение энергетической ценности к процентам органического вещества
Сравнительный анализ органического вещества сапропелей с другими видами горючих ресурсов указывает на то, что его калорийность выше в 1,8-2,3 раза дров, в 1,4-1,7 раза торфа, в 1,5-1,9 раза горючих сланцев, но в 0,8-0,9 раза меньше бурого угля. Обобщение литературных данных по альтернативным источникам энергии указывают на то, что калорийность, или теплота сгорания зависит от их вида: дрова 8,4-10,5 кДж/г, торф 10,5-14,7 кДж/г, горючие сланцы 7,3-15,1 кДж/г и бурый уголь 20,9-25,1 кДж/г (рис. 3).
Рис. 3. Калорийность органического вещества сапропеля по сравнению с другими горючими веществами
Заключение
Результаты оценки калорийности образцов органического вещества сапропелей указывают на то, что их можно использовать не только как компонент при производстве органических удобрений, но и в качестве альтернативного источника энергии. Наиболее перспективными в этом плане являются биогенные типы сапропелей (озера Безодное Старовыжевского и Бурков Любешевского районов). По результатам исследований геологических служб, объемы этого типа сапропеля на Волыни составляют 9,5 млн. тонн 60 % влажности. Такие сапропели характеризуются малой зольностью и высоким содержанием 70-90 % органического вещества. По сравнению с другими типами, энергетические показатели у них лучше, поскольку присутствует незначительное содержание продуктов образования гумуса, а поэтому процессы гумификации не успевают глубоко преобразовывать органическое вещество. Это способствует удержанию высоких показателей калорийности сапропеля и конкуренции с другими альтернативными источниками энергии, такими как дрова, торф или горючие сланцы.
В условиях развития процессов эвтрофикации природных замкнутых водоемов, добыча и использование донных отложений озер решает как минимум две проблемы - экологическую и энергетическую: восстановление экологической роли озерных систем и экономное использование местного ресурса органического вещества, в том числе и для пополнения энергетического баланса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Козлов, Н. С. Торф и его использование в народном хозяйстве / Н. С. Козлов // Труды Апрельской сессии Белорусской академии наук. - Минск, 1934. - С. 293-303.
2. Ларгин, И. Ф. Геология сапропелевых обложений: учебное пособие / И. Ф. Ларгин, Н. И. Щадрина. - Калининский политехнический институт, 1989. - 71 с.
3. Леймунский, А. С. Справочник ресурсов сапропелю Украины: в 3 кн. / А. С. Леймунский. - К.: Государственный комитет Украины по геологии и использовании недр, 1994. - Кн. I. Волынская область. - 193 с.
4. Николаев, К. Сапропели озера Молгаево / К. Николаев. - Свердловск, 1951. - С. 3-10.
5. Сборник работ Института химии Белорусской академии наук / АН Беларуси, Институт химии; редкол.: В. С. Пазняк [и др.]. - Минск: Институт химии, 1935. - Т. 1. - С. 297-308.
6. Смирнов, А. В. Сапропели озера Неро и их использование на удобрение / А. В. Смирнов. - Ярославль, 1953.
7. Соловьев, М. М. Экспедиции Всесоюзной академии наук / М. М. Соловьев. - М., 1931. - С. 369-371.
8. Сукачев, В. Н. Сапропель и его значение в сельском хозяйстве / В. Н. Сукачев, И. А. Барышников, Т. П. Бородина. - М., 1943.
9. Шевчук, М. Й. Сапропелi Украши: запаси, яюсть та перспективи використання / М. Й. Шевчук. - Луцк: Над-стир'я, 1996. - 384 с.
