XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Рассматривать торф исключительно в качестве топлива нецелесообразно. Помимо выработки тепла и электроэнергии, торф нашел свое место в сельском хозяйстве и медицине. Помимо этого, торф широко применяется, как антисептические подстилочные материалы на животноводческих и птицеводческих фермах, а также в качестве компостных и кормовых добавок.

Использование торфа в подстилку позволяет получать лучший, чем на соломе или опилках навоз. Торфа моховой группы или с пластинчато-слоистой структурой лучше поглощают навозную жижу [1].

Экспериментально установлено и подтверждено практикой, что применение торфа в чистом виде в качестве удобрения экономически не оправданно. Например, установлено, что в среднем за 3 года торф, внесенный из расчета 60 т/га, повысил урожайность лишь на 3,8 ц зерн. ед./га. Навоз и торфонавозный компост в той же дозе обеспечивали достоверные прибавки на 11,2 и 18,5 ц зерн. ед./га. Кроме того, в этих исследованиях выявлено преимущество компоста (+ 16,4 ц зерн. ед./га), в сравнении с бесподстилочным навозом (+ 9,7 ц зерн. ед./га) [2].

Торф, его органическое вещество торфа, а также содержащиеся в торфе гуминовые кислоты определяют плодородие почв, так как являются источниками физиологически активных веществ, повышающих процессы жизнедеятельности растений. Это свойство торфа проявляется только после соответствующих процессов разложения органического торфа, целью перехода ряда его полезных соединений в доступное для усвоения растениями состояние. Естественным образом этот процесс протекает крайне медленно, что делает экономически невыгодным применение торфа в чистом виде, так как потребуется большое количество для внесения в почву. Поэтому важной задачей является перевод полезной органики (гуминовых веществ) и минеральных веществ в легкодоступною для растений форму, путем разрушения целлюлозной и лигнинной оболочки органической клетки, содержащей в себе необходимые полезные вещества. Основными технологиями получения из торфа гуминовых веществ являются: биохимическая (микробиологическая), термическая ультразвуковая (кавитационная) и электрогидравлическая.

Химический способ выделения гуминовых веществ недостаточно эффективен. Так, содержание фульвовых и гуминовых кислот, в препаратах полученных этим способом не высок, около 2,5 %. Кроме этого разрушается природная структура гуминовых препаратов, полу­ченных химической экстракцией.

Поэтому актуальна задача разработки эффективных технологий переработки торфа, в которых органические вещества становятся водорастворимыми и содержат большие дозы фульвовых и гуминовых кислот.

В технологии производства гуминовых препаратов (торфогелей), где не используется щелочная экстракция, успешно могут быть применены так называемые кавитационные диспергаторы.

Использование кавитации в технологиях получения гуминовых препаратов дает возможность достижения их высокой физиологической активности, большого выхода водорастворимых органических веществ, протекания реакций гидротермального синтеза. В кавитаторе синхронно идут процессы диспергации, экстракции, растворения, дезинтеграции клеточных структур, деструкция целлюлозы. Физиологическая активность гуминовых препаратов с неупорядоченными полимерными структурами гуминовых кислот и их солей, получаемых с использованием кавитации, увеличивается, поскольку чем мельче неупорядоченная полимерная структура таких веществ с условным понятием молекулярной массы, тем эффективнее усваивается мембранами клеточной структуры растений.

Для обработки водо-торфяного потока разработано устройство интенсификации тепломассоэнергообмена, состоящее из одной и более камер, в которых обрабатываемый в потоках продукт диспергируется, эмульгируется и другое, за счет волновой энергии большой интенсивности газоструйных генераторов[3, 4].

Так же известна технология получания жидких гуминовых выществ путем термовыщелачивания при этом температура обработки 120 и 150 °С и расход щелочи, соответственно, 10 и 5 моль на 1 кг торфа позволяют получить выход гуминовых кислот 42,2–56,0 %. Установлено, что гуматы из исследуемого торфа физиологически активны, причем при проращивании семян рапса прирост длины корня составил 25–35 %, прирост длины стебля – 30–38 % [5].

Для получения сухих гуматов в технологическую схему добавляется блок сушки. Одним из перспективных направлений электротехнологии является СВЧ-сушка. Вследствие высокой диэлектрической проницаемости воды, которая содержится в полученном из торфа удобрении, поглащается большая часть микроволновой энергии, вода быстро нагревается и начинает интенсивно испаряться. Происходит эффективная сушка материала при меньших времени и энергетических затратах, что актуально, так как наблюдается постоянный рост стоимости энергии.

CВЧ-нагрев обладает рядом несомненных преимуществ перед другими видами нагрева: экологичность, энергоэффективность, возможность плавного регулирования, генераторное оборудование работает практически безынерционно, благодаря чему уровень мощности СВЧ и момент ее подачи можно мгновенно изменять.

Наибольший эффект от применения СВЧ диэлектрического нагрева будет в промышленных установках получения гуминовых веществ, так как процесс требует предварительного нагрева торфа.

В 2014 году компанией ООО «ХимТехнологии» создана укрупненная опытно-промышленная установка по производству жидких гуминовых удобрений «Гумовит». Производительность установки составляет 350 тыс. литров в год. Установка включает в себя три основных блока: блок подготовки сырья, реакторный блок, блок выделения продукта и его розлива, рисунок 1 [7].

 

 

Рис. 1 Технологическая схема укрупненной опытной промышленной установки по производству жидкого гуминового удобрения «Гумовит»:

 

1 - сушильные шкафы, 2 - дробилка молотковая, 3 - весовые мерники, 4 - объемные мерники, 5 - реакторы, б - аппарат конструкции Петракова А. Д., 7 - реакторный блок, 8 - трехходовой кран, 9 - сборник суспензии, 10 - центрифуга. Технологические потоки: / - мокрый торф, /' - высушенный торф, /" - высушенный измельченный торф; II - аммиак, III - продуктовая суспензия, IV - твердый остаток (на вторичные процессы), V- «Гумовит» (на склад), VI - теплоноситель, VII - сухой воздух, VIII - отработанный воздух.

Блок подготовки сырья включает в себя стадии сушки органического сырья (торфа), производимые в сушильных шкафах (1) при температуре 80°С, и последующего измельчения до фракции не более 10 мм на молотковой дробилке (2). Высушенное до воздушно-сухого состояния (15-20% влаги) сырье поступает через весовые мерники (3) в реакторный блок (7), включающий в себя сам реактор (5) и аппарат конструк¬ции А. Д. Петракова (6). Через объемные мерники (4) в реакторный блок также подается аммиак и вода (по¬дача воды на схеме не показана). В реакторном блоке происходит смешение компонентов.

Предварительный нагрев можно осуществлять в сушильных шкафах оборудовав их источниками СВЧ-энергии.

Литература

1. Еськов А.И., Новиков М.Н., Лукин С.М. и др. Справочная книга по производству и применению органических удобрений. Владимир, 2001. С. 85-119.

2. Ненайденко Г.Н., Ильин Л.И. Инновационные направления использования торфа в АПК. М., 2014. 136 с.

3. Устройство и способ: патент РФ № 2392046 от 25.01.2008 - «Устройство деструкции углеводородов» С. 1-3.

4. Заявка на патент РФ № 2010148726 от 29.11.2010 - «Способ акустической обработки многофазного продукта и устройство для его осуществления». С. 1-3.

5. Михеев В.А., Москаленко Т.В. Разработка теоретических основ, новых методов и технологий переработки бурых углей и торфов // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1.; URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=19226 (дата обращения: 24.01.2019).

6. Данилов О.С., Михеев В.А., Москаленко Т.В. Микроволновая обработка твердых горючих ископаемых // Горн. информ.-аналит. бюл. 2010. № 3. C. 203–208.

7. Д.В. Дудкин , И.М. Федяева Малоотходная технология получения растворов гуминовых веществ из торфа различного ботанического состава и степени разложения // Химия растительного сырья. 2018. №2. С. 175-182.

Код для цитирования: Скопировать