CC BY
31
УДК 631.878:631.812
ПРОЦЕССЫ ПРОМЕРЗАНИЯ И ОТТАИВАНИЯ ТОРФА И ТОРФОМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
С.Р. Испирян, к.т.н.
Тверской государственный технический университет, e-mail: [email protected]
В. А. Петрунина, к.т.н.
Международная академия аграрного образования, e-mail: [email protected]
Приведены результаты лабораторных исследований процессов оттаивания торфа и торфоминеральных удобрений, которые хорошо согласуются с результатами расчетов, что позволяет делать прогноз глубины промерзания верхних слоев штабеля при заданных метеорологических условиях.
Ключевые слова: торф, торфоминеральные удобрения, концентрация, влагосодержание, температура воздуха, толщина оттаявшего слоя, скорость оттаивания.
FREEZING AND MELTING PROCESSES CONCERNING PEAT AND PEAT-MINERAL FERTILIZERS
S.R Ispiryan, V.A. Petrunina
There are given the results of laboratory experiments on melting process ofpeat and peat-mineral fertilizers which coordinate with the accounts. This allows to make a prognosis of stack upper layers 'freezing depth with given meteorological conditions.
Keywords: peat, peat-mineral fertilizers, concentration, moisture content, air temperature, thickness of melted layer, melting speed.
T, с
2400
2100
1800
1500
1200
900
600
300
t, оС
г"
10
15
20
25
30
1. Торф (У= -0,136х3+10,62х2-297х+3712, R =0,99)
2. Торф + 3% Са(НРО4)2 • 2Н2О (У = -0,149х3+10,15х2-262х+3213, R =0,99)
3. Торф + 3% KNO3 (У = -0,134х3+10,04х2-268х+3136, R =0,99)
4. Торф + 3% K2SO4 (У = -0,174х3+11,68х2-280х+2993, R =0,99)
5. Торф + 3% KCl (У = -0,139х3 + 8,91х2 - 213х + 2346, R =0,99)
Рис. 1. Зависимости времени полного оттаивания т (У, с) мерзлых образцов в алюминиевых стаканчиках (И = 6,6 • 10-2 м, г = 1,05 • 10-2 м) от температуры среды 1 (Х, оС)
Эффективность того или иного метода, способствующего снижению затрат, связанных с разрушением верхнего мерзлого слоя торфа, можно оценить с двух позиций: уменьшение глубины промерзания и снижение прочности мерзлого торфа. Исследования показали, что введение минерального удобрения KCl во влажный торф при замерзании приводит при равных условиях к снижению прочности мерзлых образцов примерно в 3 раза [1]. Поэтому необходимо оценить эффективность данного метода для уменьшения толщины промерзшего слоя при отрицательных температурах в зимнее время и ускорение его оттаивания.
Лабораторные исследования процессов оттаивания торфа и торфоминеральных удобрений были проведены на кафедре теплофизики ТГТУ Для опытов использовали алюминиевые стаканчики высотой (h) 6,6 х 10-2 м, радиусом (r) 1,05 м и толщиной стенки (b) 0,05 см. В них помещали торф и торфяные удобрения. Образцы вначале помещали в морозильную камеру холодильника, затем, после замерзания, опускали стаканчик в термостат с водой. Скорость оттаивания мерзлых образцов находили из экспериментов определения коэффициента температуропроводности, температуры фазового перехода и критерия Коссовича. Для этого строили график зависимости времени полного оттаивания т мерзлых торфоминеральных удобрений от температуры среды tc.
Как видно на рисунке 1, полное оттаивание при одинаковых условиях эксперимента происходит быстрее в образцах торфа с хлористым калием. При температуре 10°С время полного оттаивания в торфе с добавкой 3 % KCl составляет почти 900 сек., а торфа без добавок - 1800 сек., т.е. скорость оттаивания в 2 раза быстрее.
На рисунке 2 показаны результаты, полученные при различных концентрациях KCl. Скорость оттаивания образцов с увеличением концентрации возрастает.
Глубина оттаявшего слоя позволяет оценить тепло- и воднофизические свойства торфа с минеральными удо -брениями и без них [1]. Для оценки глубины оттаявшего слоя использовали методику расчета, разработанную Д.М. Стотланд [2]. При отсутствии слоя изоляции на поверхности штабеля, а температура окружающей среды (воздуха) задается средней за период оттаивания, можно рассчитать толщину оттаявшего слоя по формуле:
Ь(т) = Вл/ т (1),
где т - время в секундах.
В = УбаТ(1-£) : 3Ко+1 коэффициент, где ар - коэффициент температуропроводности; м2/с, f -коэффициент; Ко - критерий Коссовича, 1/оС.
Поправка f не превышает 0,3 [3]. От свойств среды в мерзлой зоне зависит £ В мерзлом состоянии теплофи-зические свойства торфа и торфоминеральных удобрений незначительно отличаются друг от друга. Поэтому можно принять одинаковые значения f для торфа и торфомине-ральных удобрений f=0,2. Такое допущение возможно. Во-первых, сама поправка невелика. Во-вторых, как показывают натуральные наблюдения, незначительно возрастает концентрация минеральных удобрений в штабеле с глубиной [1].
Для исследуемых образцов торфа и торфоминераль-ных удобрений было определено значение коэффициента ß при трех различных температурах воздуха tn: минимальной +1°С, средней +10°С и максимальной +20°С. При расчете принимали продолжительность оттаивания равной одному месяцу. Значения температуры воздуха и сроки оттаивания выбраны с тем условием, чтобы можно было составить расчетную глубину оттаивания торфа и торфо-минеральных удобрений с глубиной оттаивания, полученной во время полевых исследований [1].
Для нахождения коэффициента ß использовали коэффициент температуропроводности ар и величину Ко(1- tf), полученные экспериментальным путем [1, 3].
Результаты расчетов приведены в таблице, из которой следует, что толщина оттаявшего слоя торфа без добавок меньше глубины оттаивания торфа с минеральными добавками при одинаковых температурах воздуха. При tmax = 20°С у торфа h3 = 0,37 м, а у образца торф + 1% KCl толщина оттаявшего слоя Ц=0,44 м. Величина глубины оттаивания возрастает с увеличением концентрации минеральных удобрений. При внесении 1 % KCl в торф величина h = 0,44 м, а при внесении 3 % KCl - h = 0,53 м.
С уменьшением влагосодержания и с увеличением температуры воздуха интенсивность оттаивания возрас-
Расчет глубины оттаивания торфа и торфоминеральных удобрений
Температура воздуха, °С
Влагосо- t min = 1° t = n 10° t max = 20°
Вид образца держание, W кг/кг -и о г 1 н § я а „ ЯП -= 1 § S -и о г 1 н § я В N ЯП -= 1 § S -и ■in, о г 1 H § я S „ ЯП -= 1 § S
£ S S g 5 £ S S g 5 £ S g 5
Торф 2,73 0,54 0,09 1,63 0,28 2,20 0,37
Торф + 1,5% K2 CO3 2,74 0,66 0,11 2,12 0,36 2,60 0,44
Торф + 3,0% K, CO3 2,68 0,77 0,13 2,30 0,39 3,07 0,52
Торф + 1,5% KNO3 2,46 0,66 0,11 1,97 0,38 2,64 0,44
Торф + 3,0% KNO3 2,35 0,72 0,12 2,14 0,36 2,84 0,48
Торф + 1,5% K2SO4 2,44 0,62 0,10 1,88 0,32 2,54 0,43
Торф + 3,0% K2SO4 2,61 0,63 0,12 2,03 0,34 2,72 0,46
Торф + 1,0% KCl 2,35 0,63 0,10 1,79 0,30 2,60 0,44
Торф + 1,5% KCl 2,49 0,67 0,11 2,00 0,34 3,00 0,51
Торф + 3,0% KCl 2,43 0,78 0,14 2,25 0,38 3,20 0,53
Торф + 1,0% Ca(HPO4)2 х 2H2O 2,35 0,67 0,11 1,97 0,33 2,65 0,45
Торф + 1,5% Ca(HPO4)2 х 2H,O 2,46 0,67 0,11 1,97 0,33 2,64 0,45
Торф + 3,0% Ca(HPO4)2 х 2H,O 2,42 0,67 0,11 2,00 0,34 2,64 0,45
Торф + 1,0% KCl +1,0% Ca(HPO4)2 х 2H2O 2,52 0,69 0,12 2,05 0,35 2,74 0,46
Торф + 1,5% KCl +1,5% Ca(HPO,)2 х 2H,O 2,35 0,82 0,14 2,42 0,41 3,17 0,54
Торф + 3,0% KCl +3,0% Ca(HPO4), х 2H2O 2,21 1,21 0,20 3,20 0,54 4,47 0,75
Торф 1,40 0,80 0,13 2,38 0,40 3,18 0,54
Торф + 1,0% KCl 1,37 0,98 0,17 2,82 0,48 3,62 0,61
Торф + 3,0% KCl 1,33 1,69 0,29 4,42 0,75 5,30 0,90
Торф + 1,0% Ca(HPO4)2 х 2H2O 1,35 0,87 0,15 2,57 0,44 3,17 0,58
Торф + 3,0% Ca(HPO4)2 х 2H,O 134 0,93 0,16 2,72 0,46 3,58 0,61
Торф + 1,0% KCl + 1,0% Ca(HPO4)2 х 2H2O 1,32 1,06 0,18 3,07 0,52 3,97 0,67
тает. Полученные расчетные данные хорошо согласуются с лабораторными и полевыми экспериментами [1]. В полевых опытах мерзлый торф в штабеле за месяц оттаял на 0,30 м. За этот же период времени расчетная величина h при средней температуре воздуха 10°С была равна 0,28 м. Промерзший слой торфа толщиной 0,10м с KCl оттаял за 10 суток, за этот же период расчетная величина h2 для тор-фоминерального удобрения с концентрацией KCl 1,5% составила 0,12 м.
Таким образом, на основании полученных расчетных величин и сопоставления их с эксперименталь-
ными результатами можно сделать вывод о применимости расчетной методики к определению толщины оттаявшего слоя не только к торфу, но и к торфоми-неральным удобрениям. Разработанная расчетная методика позволяет решать ряд важных практических задач. Осуществлять прогноз глубины промерзания верхних слоев штабеля торфа и торфоминеральных удобрений при заданных метеорологических условиях. Выбирать методы тепловой мелиорации, приводящие к снижению толщины промерзшего слоя и уменьшению его прочности.
Литература
1. Петрунина В. А. Исследование и разработка способа, снижающего промерзание штабелей торфа, заготовленного для сельского хозяйства. // Автореферат диссертации канд. техн. наук. -Калинин: КПИ. 1978. - 20 с.
2. Стотланд Д.М. Разработка инженерных методов прогноза глубин промерзания и оттаивания торфяных залежей // Диссертация канд. техн. наук. - Калинин: КПИ. 1974.
3. Испирян Р. А., Гамаюнов Н.И., Петрунина В.А. Экспериментальные исследования теплофизических свойств торфяных удобрений. // Научные труды торфоболотной опытной станции. Вып. 3. - М.: «Московский рабочий». 1977. -С. 138-142.
УДК 631.879.42:635.9:712.25(470-25)
ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЧВОГРУНТОВ ДЛЯ ОЗЕЛЕНЕНИЯ И БЛАГОУСТРОЙСТВА ГОРОДА МОСКВЫ
1 2И.С. Прохоров, к.с.-х.н., 2С.Ю. Карев
1РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: [email protected] 2ООО «ЭКО-МАРИН», e-mail: [email protected]
Рассмотрен вопрос производства плодородных субстратов, используемых на объектах озеленения и благоустройства на примере ООО «ЭКО-МАРИН». Предоставлены документы, подтверждающие экологическое соответствие искусственных почвогрунтов и их плодородия требованиям, которые дифференцированы в зависимости от типа и видового состава растений, т. е. имеющие различные стандарты качества.
Ключевые слова: почвогрунт, торф, котлованный грунт, водопроводный осадок, утилизация, рекультивация, озеленение, ландшафтный дизайн.
PARTICULARITIES OF ARTIFICIAL SOIL-GROUND PRODUCTION FOR LANDSCAPE AND SHADE GARDENING
I.S. Prokhorov, S.Yu. Karev
Presentation of artificial soil-ground production for landscape and shade gardening on example of Russian company ECO-MARINE Ltd. Documents, confirming ecological compliance of artificial soil-grounds and fertility of it with the requirements, which are differentiated in dependence of plant type.
Keywords: soil-ground, peat, parent rock ground, sludge, utilization, re-cultivation, landscape and shade gardening.
Несмотря на экономический кризис, начавшийся в 2008-2009 гг., объемы строительства, в особенности после смены исполнительной власти в городе Москве, не снизились, а по темпам реконструкции дорожной сети даже возросли. Существующие объемы строительства в городских условиях всегда подразумевают под собой восстановление нарушенного почвенного покрова и создание новых объектов озеленения и благоустройства. По
данным Департаментов природопользования и охраны окружающей среды и жилищно-коммунального хозяйства города Москвы ежегодный объем потребления различных более или менее плодородных субстратов, используемых на объектах озеленения и благоустройства, составляет более 1 млн. м3.
По информации Департамента строительства города Москвы (ОАО «ИНТУС») ежегодный объем вывозимых
