«БОЛЬШОЙ ПРАКТИКУМ: ФИЗИКОХИМИЯ, БИОЛОГИЯ И КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТОРФА Учебное пособие Томск 2007 УДК ББК С Печатается по решению редакционно-издательского совета Томского государственного педагогического университета ...»

Зольность – один из основных показателей, определяющий пригодность торфа для различных направлений использования. Торфа по зольности принято классифицировать следующим образом: малозольные (Ас10 %). В целом же торфом принято считать природное образование с Ас50%) песчаноглинистые торфяные отложения. Состав зольной части находится в прямой зависимости от петрографических особенностей пород областей питания торфяной залежи. Так, на территории Сибири широко развиты карбонатные породы и, как следствие, гидрокарбонатные грунтовые воды с повышенным содержанием Са++ (до 300 мг/л). В местах их разгрузки формируются известковые разности торфов и мономинеральные известковые образования (гажа, мергели), залегающие в торфе. Количество СаО в них составляет 20–30%, повышаясь до 44%, что отвечает почти 80% СаСО3.

Месторождения и проявления болотно-озерной гажи известны в Омской, Томской, Тюменской, Новосибирской областях, Алтайском крае и образуют залежи мощностью от 0,5до 3 м (см. табл. ).

Ресурсы и запасы болотных фосфатов Западной Сибири Область, Разведанные запасы А и Прогнозные рекрай С2 (тыс. т) при влажности сурсы Р1+Р3 (тыс. т) ская ская Основной карбонатный минерал гажи – кальцит (70-90)%). Содержание магнезита не превышает 3,5%. Содержание СаСОз изменяется в пределах 22– 94%. Гажа – высококачественный природный мелиорант, что подтверждается многолетним опытом ее использования для подщелачивания кислых почв.

Торфовивианиты. В областях распространения повышенно-фосфатных пород промывающие их подземные и поверхностные воды обогащаются соединениями фосфора (более 1 мг/л Р2О5). Эти воды, проступающие в торфяную залежь, привносят фосфор и способствуют образованию болотных фосфатов в виде вивианита Fe3(PO4)2 * 8H2O (см рис. ).

Последние представляют особый интерес с точки зрения использования их в качестве фосфорсодержащих удобрений. По содержанию фосфора (в пересчете на Р2О5) выделяют: вивианитовые торфа (0,5–2,5%), торфовивианиты (2,5– 15%) и вивианиты (более 15%), которые образуют в торфяной залежи линзы, прослои, пласты мощностью до 2–3 м.

Болотные фосфаты открыты в Тюменской, Омской, Кемеровской, Новосибирской, Томской областях и Алтайском крае. Ресурсы и запасы выявленных болотных фосфатов составляют 324 млн.т. Даже если в среднем содержание Р2О5 в них составит 1% (3,2 млн. т), то имеющиеся запасы Р2О5 могут быть использованы для повышения урожайности сельскохозяйственных культур Сибири.

Сапропели. Для территории Сибири характерен процесс интенсивного образования сапропелевых отложений. Это уникальные по составу органоминеральные современные озерные отложения, содержащие белки, жиры, витамины, стимуляторы роста, ферменты, гормоны, антибиотики. Кроме того, они содержат большой набор макро- и микроэлементов.

Ресурсы сапропеля в Сибири изучены слабо. Вместе с тем, в Сибири насчитывается десятки тысяч озер, распределенных по площади неравномерно (см. рис. ).

В Сибири выявлено и разведано 746 месторождений и проявлений сапропеля (12% от месторождений РФ), общая площадь отложений которого составляет 73717,2 га или 14,2% от площади в РФ. Сапропелевые ресурсы Сибири, включающие запасы категории А1, С1, С2 и прогнозные ресурсы, характеризуются запасами 592877 тыс. т. Балансовые запасы сапропеля (А1+С1+С2) составляют 83% от общих запасов Сибири.

Все природное разнообразие сапропелевых отложений делится на 3 типа и 6 классов. Тип сапропеля определяет генезис его образования: биогенный – отложение осадка происходит преимущественно за счет отмирания растительного и животного мира самого озера; кластогенный – осадок формируется при господствующей роли привноса терригенного материала и смешанный – когда наряду с биогенной массой в формировании осадка значительная роль принадлежит геохимическим процессам. Сапропели могут быть органические, кремнистые, силикатные, карбонатные, железистые и органо-силикатные.

В Сибири из разведанных сапропелевых ресурсов приоритет принадлежит карбонатным сапропелям (до 54%). Значительно меньше одного из наиболее ценных ресурсов сапропелей– органического (6%).

Сапропели – сложные органические, органоминеральные и минеральные комплексы веществ. Содержание органического вещества в сапропелях различных типов варьирует от 15 до 95% на сухое вещество. Гуминовые кислоты сапропелей являются соединениями алифатической структуры. Содержание гуминовых кислот в сапропелях варьирует в широких пределах: от 6% до 70% на органическое вещество. Гидролизаты представлены аминокислотами. В сапропелях различных типов обнаруживается от 6 до 60% легкогидролизуемых веществ. Содержание трудногидролизуемых веществ в составе органического вещества сапропелей составляет 5-17%, а содержание негидролизуемого остатка колеблется в пределах 7-60%. Отличительная особенность сапропеля – высокое (до 6%) содержание азота. Он на 30-35% входит в состав аминокислот.

Преимущественно белковое происхождение азота сапропелей обуславливает присутствие незаменимых аминокислот (лизин, метионин, цистеин, триптофан, и другие).

Многие организмы, обильно заселяющие отложения сапропелей, синтезируют витамины, ауксины, ферменты и другие биологически активные вещества. В значительных количествах содержатся витамины группы В (В 1-В3, В6 и В12). Найдены витамины Е, С, Д, Р, каротиноиды. Количество бетакаротина (провитамина А) достигает 178 мг/кг сухого вещества. Микробное население сапропелей выделяет антибиотики, обладающие способностью подавлять действие патогенных микроорганизмов.

';

Важный путь использования сапропелей, который уже сегодня имеет производственный выход – это применение их в качестве лечебных грязей.

Сапропель используется и в других направлениях.

Цель занятия: рассмотреть свойства и использование болотных образований на примере Сибирского региона.

Материалы и оборудование: теоретический материал главы 9 Большого Практикума.

Предложенные Вам образцы торфа содержат фосфор в пределах 2,3 %, СаО 12%. К какой группе торфов относятся данные образцы? Предложите возможную область их применения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Перечислить все типы болотных образований 2. Дать понятие терминам: «гажа», «вивианиты»

3. Охарактеризуйте сапропелевые отложения Западной Сибири

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Торфовивианиты Западной Сибири (опыт прогнозирования поисков, разведки и применения в сельском хозяйстве). Новосибирск: СНИИГГиМС, 1983.

2. Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Сапропели: состав, свойства, применение. М.: Издво “Рома”, 1998.

10. ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ТОРФОВ

Теоретическая часть: Ферменты (энзимы) – вещества белковой природы, способные в сотни раз ускорять биохимические процессы. Эффективность ферментов высока: 1 молекула катализирует превращение 102-106 молекул субстрата в 1 мин. Ферменты торфяных почв представляют собой смесь ферментов различного происхождения, поступающих из микроорганизмов, водорослей, лишайников, корней высших растений, почвенной мезофауны. Многие исследователи считают основными источниками ферментов в почве микроорганизмы.

Иммобилизованные торфом ферменты становятся стабильными катализаторами протекающих в нем биохимических процессов.

Ферменты делятся на шесть классов:

1. Оксидоредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные реакции, перенос электронов и перенос атома водорода;

2. Трансферазы – катализируют реакции переноса групп;

3. Гидролазы – катализируют при участии водорода расщепление различных сложных органических соединений на более простые;

4. Лиазы – катализируют реакции негидролитического отщепления каких-либо групп от субстратов 5. Изомеразы – катализируют превращение органических соединений в их изомеры;

6. Лигазы (синтетазы) – катализируют присоединение двух молекул друг к другу, сопряженное с расщеплением пирофосфатной связи в АТФ или другого аналогичного трифосфата.

В данной работе определим активность фермента инвертазы, который относится к классу гидролаз и участвует в разложении сахарозы на глюкозу и фруктозу по уравнению:

Инвертазная активность будет иметь разную активность в разных торфах.

Согласно данным Л.И. Инишевой с соавт. Одноименные по ботаническому составу группы торфов верхового и низинного типов в среднем характеризуются одинаковой инвертазной активностью за исключением торфов моховой группы.

В целом изменение активности инвертазы в верховых торфах происходит от 0,00 до 143,29мг глюкозы за 4 ч на 1 г (далее – ед.) при средних пределах 22, – 106,36 ед.; в низинных соответственно 0,00 – 346,93 и 21,83 – 74,55 ед. Таким образом, разброс значений активности инвертазы больше в низинных торфах, но большая ее активность проявляется в верховых и, особенно, в моховой группе торфов, где пределы средних (79,93 – 106,36 ед.) много выше, чем максимальный экстремум среднего в низинных торфах.

Цель занятия: познакомиться с методиками определения ферментативной активности торфов.

Определение активности инвертазы торфов Задание: определить инвертазную активность верхового и низинного торфа.

Определение активности ферментов основано на учете количества переработанного в процессе реакции субстрата или образующегося продукта реакции в оптимальных условиях температуры, рН среды, концентрации субстратов, величины навески торфа.

Материалы и оборудование: фотоколориметр, весы, термостат, водяная баня, штатив для пробирок, колбы с притертыми пробками на 50 мл, пробирки, пипетки на 1, 10 мл, фильтр белая лента.

Ход работы:

1. Приготовление реактивов:

1) 8 % раствор сахарозы: 8 г сахарозы растворяют в 92 мл дистиллированной воды.

2)Фосфатный буфер с рН 4,9: к 90 мл 1/15 М КН2РО4 приливают 3 мл 1/15 М Na2HPO4, проверяют значение рН. При необходимости изменения рН до требуемого значения приливают 0,1 н. соляной кислоты или 0,1 н. КОН.

1/15 М Na2HPO4: 11,876 г Na2HPO4 растворяют в 1 л дистиллированной воды.

1/15 М КН2РО4: 9,066 КН2РО4 растворяют в 1 л дистиллированной воды.

0,1 н. КОН: 5,611 г КОН растворяют в 1 л дистиллированной воды.

0,1 н. НCl готовят из фиксанала.

3) Раствор 3,5-динитросалициловой кислоты: 0,5 г динитросалициловой кислоты растворяют в 20 мл 2 н. NaОН и 50 мл воды, добавляют 30 г сегнетовой соли, доводят объем до 100 мл дистиллированной водой.

Реактив готовится при комнатной температуре, хранится в темной склянке с притертой пробкой (его следует защищать от СО2). Срок хранения реактива не более 7 дней.

2. Приготовление холостого раствора:

В пробирку приливают 1 мл дистиллированной воды, добавляют 2 мл динитросалициловой кислоты, опускают пробирку в кипящую водяную баню на мин, охлаждают и приливают 7 мл дистиллированной воды.

3. Приготовление стандартного раствора глюкозы:

Глюкозу предварительно высушивают под вакуумом при 50-580С до постоянного веса. Навеску 0,5 г растворяют в 100 мл насыщенного раствора бензойной кислоты.

Титр стандартного раствора: 5 мг в 1 мл раствора.

4. Построение калибровочной кривой :

Для построения калибровочной кривой в пробирки приливают от 0,05 до 1, мл стандартного раствора, 5 мл фосфатного буфера с рН 4,9; 3-5 капель толуола, перемешивают. К 1 мл смеси приливают 2 мл реактива динитросалициловой кислоты, пробирки нагревают в кипящей бане 5 мин, охлаждают, через 10- мин объем смеси доводят до 10 мл, хорошо перемешивают и колориметрируют при длине волны 508 нм против холостого раствора.

Полученные результаты заносят в таблицу и по ним строят калибровочный график.

Таблица Данные для построения калибровочного графика, Vобщ=10 мл Объем стандартного раствора, мл Концентрация глюкозы, мг/мл Оптическая плотность Титр стандартного раствора глюкозы – 5 мг/мл 5. Приготовление анализируемого образца:

Навеску торфа (0,2 г воздушно-сухого (в.-с.) торфа) помещают в 50 мл колбочки с притертыми пробками, приливают 15 мл 8 %-ного раствора сахарозы, 5 мл фосфатного буфера с рН 4,9.

Параллельно готовят контрольные образцы:

1) 0,2 г торфа + 15 мл дистиллированной воды +5 мл фосфатного буфера с рН 4,9;

2) 15 мл 8 %-ного раствора сахарозы + 5 мл фосфатного буфера с рН 4, (без торфа).

В смеси добавляют по 3-4 капли толуола, содержимое колб тщательно перемешивают и ставят в термостат на 4 часа при температуре 370С (рис 1).

После экспозиции растворы охлаждают, отфильтровывают от почвы, берут в пробирки по 1 мл фильтрата, добавляют 2 мл реактива динитросалициловой кислоты и нагревают в кипящей водяной бане в течение 5 мин, что останавливает действие фермента и способствует проявлению окраски (рис. 2).

Пробирки со смесью охлаждают, выдерживают 10-20 мин для полного окрашивания, доводят конечный объем до 10 мл, хорошо перемешивают стеклянной палочкой и колориметрируют при длине волны 508 нм в кювете 5 мм против холостого раствора (рис 3).

6. Расчет результатов При расчетах сумму показаний обоих контролей (1, 2) вычитают из показаний опытного раствора.

Активность инвертазы выражается в мг глюкозы на 1 г сухого торфа за ч и вычисляют по формуле:

где А – потенциальная инвертазная активность, мг глюкозы за 4 часа на 1 г торфа;

СГЛ – концентрация глюкозы в опытном растворе, мг в 1 мл раствора V – объем инкубируемой жидкости (до фильтрования), мл;

Va – объем аликвоты, мл;

M – масса торфа;

k – коэффициент пересчета на сухое вещество, для торфа;

W – влажность торфа, %

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Купревич В.Ф., Щербакова Т.А. Почвенная энзимология. – Минск: Изд-во «Наука и техника», 1966. – 275 с.

2. Инишева Л.И., Ивлева С.Н., Щербакова Т.А. Руководство по определению ферментативной активности торфяных почв и торфов. Томск: изд-во Том. Ун-та, 2003. – 122 с.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Что такое ферментативная активность.

На какие классы делятся ферменты.

В каких реакциях участвуют ферменты, относящиеся к классу гидролаз?

Какие торфа характеризуются более высокой инвертазной активностью?

11. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ТОРФОВ

Теоретическая часть: В результате накопления на поверхности почвы отмерших растительных остатков и их последующего разложения в условиях избыточного увлажнения образуется торф, а процесс его образования называется торфогенезом. Происходящие процессы торфогенеза можно разделить на 4 стадии:

1. Нарастание живой растительной массы, потребления воды и питательных веществ.

2. Опадание отмирающей части надземных и подземных органов растительности.

3. Гумификация и минерализация мертвых остатков микроорганизмами.

4. Аккумуляция не полностью разложившегося растительного вещества в виде торфа.

В процессе торфогенеза происходит разложение веществ, входящих в состав растений-торфообразователей. Одним из составляющих торфогенеза является процесс разложения азотсодержащих веществ. В этом процессе участвует большое количество микроорганизмов. На современном этапе выделяют четыре группировки микроорганизмов: зимогенная, автохтонная, олиготрофная и автотрофная. Зимогенная группировка разлагает свежие органические остатки; автохтонная, обладающая более мощным ферментативным аппаратом и может разлагать сложные перегнойные вещества почвы. Олиготрофы – это организмы, способные довольствоваться субстратами, бедными питательными веществами и завершающими процесс минерализации органических веществ, и автотрофы (хемолитотрофы) – микроорганизмы, трансформирующие минеральные соединения почвы. Эти группы микроорганизмов представлены почвенными бациллами, грибами и актиномицетами, которые участвуют в различных звеньях трансформации органического вещества. Одним из основных звеньев является разложение веществ содержащих различные формы азота.

В данной работе рассмотрим две группы микроорганизмов: микроорганизмы, участвующие в разложение органических азотсодержащих веществ (аммонификаторы) и микроорганизмы, участвующие в утилизации минеральных соединений азота (микроорганизмы, развивающиеся на крахмалоденитрифика- азотфиксация аммиачном агаре, КАА). В результате деятельности этих групп микроорганизмов при гниении растительных остатков их белковые вещества распадаются с образованием элементарного азота и аммиака. Образовавшийся азот и аммиак вовлекаются в большой круговорот азота в природе (рис. 1).

Для определения численности микроорганизмов воспользуемся методом посева на твердые питательные среды, который широко распространен в микробиологии. Он дает возможность довольно просто выделять чистые культуры микроорганизмов. Сущность метода состоит в нанесении почвенной суспензии, содержащей микроорганизмы, на поверхность твердой питательной среды (в нашем случае мясо-пептонного и крахмало-аммиачного агара). Попавшие на среду клетки образуют колонии, видимые невооруженным взглядом.

Цель: познакомиться с методиками выделения микроорганизмов, участвующих в круговороте азота.

Определение численности микроорганизмов участвующих в разложении Задание 1: Рассчитать содержание микроорганизмов, развивающихся на МПА и КАА в образце торфа.

Задание 1.Подготовка посуды и материалов для посева на твердые агаризованные среды МПА и КАА Материалы и оборудование: колба со 100 мл водопроводной воды – 1 шт., пробирки с 10 мл водопроводной воды – 3 шт., пипетки на 1 мл – 6 шт., чашки Петри – 12 шт., колба на 1,5 л – 1 шт., шпатели – 3 шт., ватные пробки; агар микробиологический, крахмал растворимый, (NH4)2SO4, K2HPO4, MgSO4, NaCl, CaCO3, мясо-пептонный бульон; весы аналитические, автоклав, сушильный шкаф.

Ход работы:

Отбор образцов Отбор образцов для микробиологического анализа производится аналогично отбору на агрохимический анализ. Отобранные образцы доставляются в лабораторию и до проведения анализов хранятся в холодильнике при температуре +60С.

Подготовка посуды и материалов Посуда для микробиологических исследований готовится также как посуда для проведения химических анализов. Но используемая в микробиологии посуда, должна быть стерильной. Для стерилизации сред и предметов микробиологического оборудования наиболее часто используется воздействие высокой температуры.

Стерилизация обжиганием на пламени горелки Такой вид стерилизации применяется непосредственно перед проведением микробиологического посева или во время его непосредственно в боксе.

Стерилизация достигается обугливанием находящихся на их поверхности микроорганизмов. Шпатели и ватные пробки проводят несколько раз через пламя горелки или спиртовки.

Спиртовка Шпатели микробиологические Ватные пробки Стерилизация сухим жаром Чашки Петри и пипетки стерилизуют сухим жаром. Чтобы избежать заражения предметов из воздуха, их перед стерилизацией заворачивают в оберточную бумагу и вынимают только перед работой. Пипетки перед стерилизацией с обратного конца закрывают ватой и обертывают длинными полосками бумаги. Чашки Петри заворачивают в бумагу. Подготовленную посуду помещают в сушильный шкаф, в котором нагревают ее при температуре 160-1700С в течение 2 ч (с момента установления нужной температуры) (рис. 2). При таком нагревании погибают не только бактерии, но и их споры. Температуру в сушильном шкафу выше 1750С не допускать.

Стерилизация паром под давлением (автоклавирование) Колбы, с питательными средами, колба со 100 мл водопроводной воды и пробирки с 10 мл водопроводной воды, для приготовления почвенных разведений, стерилизуют насыщенным паром под давлением. Такую стерилизацию производят в автоклаве, в котором стерилизуемые объекты нагревают чистым насыщенным паром при давлении выше атмосферного. Стерилизация в автоклаве производится под повышенном давлением, поэтому работа с ним требует определенной осторожности.

Отсчет времени стерилизации начинают с того момента, когда в автоклаве установится заданное давление. Полная стерилизация питательных сред и посуды при 1200С и давлении 1 атм. обеспечивается нагреванием в течение мин.

Приготовление сред Необходимо приготовит 1,5 л каждой среды.

Крахмало-аммиачная среда (г/л дистиллированной воды): агар-20, крахмал растворимый-10, (NH4)2SO4-2, K2HPO4-1, MgSO4-1, NaCl-1, CaCO3-3. Крахмал предварительно необходимо размешать в небольшом количестве воды и затем прилить к основной среде.

Мясо-пептонный агар: 20 г агара на 1 л мясо-пептонного бульона.

Задание 2. Приготовление почвенной суспензии и последующих разведений Материалы и оборудование: колба со 100 мл водопроводной воды – 1 шт., пробирки с 10 мл водопроводной воды – 3 шт., пипетки на 1 мл – 3 шт., фарфоровая чашка и пестик, пинцет, ватные пробки, весы аналитические, спиртовка.

Ход работы:

При проведении количественного учета почвенных микроорганизмов необходимо добиться того, чтобы клетки в суспензии находились в виде одиночных свободноплавающих клеток. Для выполнения этого условия необходимо осуществить три процесса: 1) диспергирование почвенных агрегатов; 2) десорбция клеток микроорганизмов с почвенных частиц; 3) разделение микроколоний на отдельные составляющие их клетки. Все три процесса осуществляются одними и теми же приемами, причем наиболее эффективными оказываются механические воздействия (растирание почвы, увлажненной до состояния пасты); обработка на пропеллерной мешалке (микроразмельчитель тканей, миксер); обработка ультразвуком низкой частоты и мощности. Химические средства диспергирования (поверхностно-активные вещества, пирофосфат натрия, щелочь) оказываются менее эффективными. Практически это выглядит следующим образом:

1. Взять фарфоровую чашку и пестик и тщательно промыть чистой водопроводной водой, чтобы не произошло массированное заражение микроорганизмами (рис. 3).

Рисунок 3 – Фарфоровая чашка и пестик 2. В фарфоровую чашку на аналитических весах пинцетом взять навеску торфа - 1 г (рис 4).

Рисунок 4 – Взвешивание образца на аналитических весах.

пасты. После растирания торф из чашки переносят в колбу со 100 мл воды, промывая фарфоровую чашку водой Рисунок 5 – Приготовление первого разведения.

4. Приготовленную суспензию в колбе встряхивают в течение 5 мин, и далее стерильной пипеткой переносят 1 мл приготовление последующих разведений.

Примечание: все вышеперечисленные операции проводятся при зажженной спиртовки.

Материалы и оборудование: микробиологические среды: МПА, КАА, пробирки с разведениями - 3 шт., чашки Петри – 12 шт., пипетки на 1 мл – 3 шт., шпатели – 3 шт., спиртовка.

Ход работы:

Сразу после автоклавирования среды разливают в стерильные чашки Петри. Если сразу среду разлить не удалось, то застывшую агаризованную среду плавят на водяной бане и затем в боксе, стерильно около спиртовки или газовой горелки разливают в стерильные чашки по 20-30 мл среды. После застывания среды чашки помещают в нагретый до 800 сушильный шкаф. Чашки подсушивают для удаления воды с крышек и появления муаровой поверхности на агаре, после чего их охлаждают до комнатной температуры и производят посев.

Из каждого разведения делают три параллельных высева, при этом для каждого разведения Рисунок 7 – Посев на агаризованную среду.

Рисунок 8 – Направления растирания капли почвенного инокулята по среде.

3. Далее засеянные чашки выдерживают во влажной камере в термостате при температуре 25-280С в течение 1-2 недель. За этот срок на среде вырастают отдельные колонии плесневых грибов, актиномицетов и бактерий и можно подсчитать, сколько микроорганизмов содержится в 1 г почвы.

Для подсчетов выбирают чашки Петри со средним количеством колоний микроорганизмов, так как и большое и маленькое количество колоний приведет к ошибке. Для удобства подсчета колоний микроорганизмов дно чашки Петри разделяют тушью или черной пастой на секторы. Если питательная среда прозрачна, подсчет колоний ведут в проходящем свете со дна чашки; в случае непрозрачной питательной среды колонии микроорганизмов подсчитывают непосредственно с поверхности агара, не открывая чашки. Учтенные колонии отмечают точками на стекле. Для подсчета мелких колоний пользуются ручной лупой.

Просчитав количество колоний на всех параллельных чашках, определяют среднее количество колоний на чашке и затем делают пересчет на 1 г воздушно-сухой или абсолютно сухой почвы по формуле:

где: а - количество клеток в 1 г почвы; б – среднее количество колоний на чашке; в – разведение, из которого сделан посев; г – количество капель; д – масса воздушно-сухой или абсолютно сухой почвы, взятой для анализа.

№ об- Масса Количество Разведение, Количество коло- Среднее Количество клеток в разца торфа капель на из которого ний на чашку количество одном грамме почвы

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. – М.: Изд-во МГУ, 1991. – с.304.

2. Мишустин Е.Н. Ценозы почвенных микроорганизмов. – В кн.: почвенные организмы как компоненты биогеоценоза. М.: Наука, 1984.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5. Какие группировки микроорганизмов выделяются в торфах.

6. При какой температуре стерилизуется посуда в сушильном шкафу.

7. Сколько и при какой температуре засеянные чашки Петри выдерживаются в термостате.

Природные воды являются растворами сложного состава с очень широким диапазоном содержания растворенных соединений как по их числу, так и по концентрации.

В природных водах содержаться почти все элементы. Они находятся в виде ионов, недиссоциированных молекул (в том числе газов) и коллоидов.

К макрокомпонентным системам относятся компоненты природных вод, не связанных с рудными месторождениями, которые встречаются в повышенных относительно других компонентов содержаниях: Cl-, SO42-, HCO3-, СО32-, NO3-, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe3+.

К микрокомпонентам относятся все остальные ионы и коллоиды. Микрокомпоненты могут встречаться в природных водах в довольно значительных количествах (например В, Вr, I, Zn, Cu и другие).

Мы будем вести речь о болотных водах. Известно, что относительная влажность торфяных залежей составляет 90 - 96%. Например, в торфяниках Западной Сибири законсервировано около 1 тыс. км 3 влаги, т.е. в среднем мм на единице заболоченной площади (1 млн. км2), это значительно превышает годовой сток рек (100 - 300 мм) в этом регионе. Всего болота, занимая 4% суши, аккумулируют в себе около 4,3 тыс. км3. Болота можно сравнить с гигантским водоемом. Из расчета же, что ежегодный прирост торфяной залежи составляет от 0,4 до 1,0 мм в год, в ней на каждом км2 площади консервируется еще 1000 т болотной воды. О воде как важнейшем компоненте природной среды, обеспечивающем жизнь на Земле и сохраняющем Биосферу, написано достаточно много, но о воде болот – практически ничего неизвестно.

Итак, поставим задачи:

- что такое болотные воды;

- как формируется их химический состав;

- какое влияние могут оказать болотные воды на химический состав общего геостока на Земле.

Состав болотных вод имеет ряд особенностей: они обогащены органическим веществом (ОВ) гумусовой природы, почти не содержат растворенного кислорода, имеют низкую минерализацию. Согласно А.И. Перельману, болотные воды по окислительно-восстановительным условиям представляют собой систему, для которой характерны ассоциации окислителей (О2, Fе3+) и восстановителей (растворенные гуминовые кислоты и Fе2+). Наличием в болотных водах большого количества гумусовых веществ (ГВ) специфической природы объясняются многие особенности болотных вод. Среди ГВ выделяют две главные совокупности: гуминовые кислоты (ГК) и фульвокислоты (ФК), последние - более растворимы, что объясняется высоким вкладом в их структуру карбоксильных групп и фенольных оксигрупп. Поэтому содержание ФК в болотных водах почти на порядок превышает содержание ГК.

Рассмотрим химический состав болотных вод на примере заболоченного водораздела с болотными системами: осоковая топь, сосново-кустарничковосфагновый с низкой сосной такой же БГЦ с высокой сосной. С заболоченного водораздела формируется болотная речка.

Химический состав речных и болотных вод, мг/л, (числитель – диапазон изменений, знаменатель – среднее значение) Компо- Р. БакатмосферР. Ключ Болотные воды характеризуются пониженными концентрациями в воде Ca, HCO3-, SO42-, но несколько повышенными – Feобщ, NH4+. Заметим также, что воды р. Ключ обогащены органическим веществом (ОВ), что подтверждается высокими концентрациями гуминовых, фульвокислот и ХПК. Химический состав вод р. Бакчар, берущей начало в болотах и среди них протекающей, в некоторой степени повторяет химический состав болотных вод.

Результаты определения макрокомпонентов в воде могут быть выражены:

1) в весовых количествах растворенных веществ в 1 л воды (иногда на кг воды);

2) в эквивалентных количествах растворенных веществ в том же объеме (или весе);

3) в процент-эквивалентах (мг-экв) каждого иона в 1 л воды.

В таблице приводятся результаты анализа воды, выраженные в единицах, принятых в практике.

рализация ны Минеэкспериментальный Примечание: Грамм-эквивалент - масса вещества в граммах, умноженная на молярную массу вещества.

Процент-эквивалент - вычисляется путём деления грамм-эквивалента вещества на сумму всех грамм-эквивалентов веществ смеси (в данном случае - анинов ИЛИ катионов) и умножением на 100%.

Пересчет результатов анализа воды в процент-эквивалентную форму производится для сопоставления вод различной минерализации и более ясного представления о соотношениях ионов одной и той же воды. Для вычисления %экв принимают сумму мг-экв анионов (катионов), содержащихся в 1 л воды, за 100% и вычисляют процент содержания каждого аниона (катиона) в мг-экв по отношению к этой сумме.

Для выражения химического состава используют формулу Курлова, которая представляет собой псевдодробь, в числителе которой представлены анионы (в %-экв) в порядке убывания их содержания, а в знаменателе – в таком же порядке катионы.

В формуле:

S - нерастворимые примеси типа железа и т.д.

G - газы (например, CO2).

M - минерализация - миллиграмм/литр.

A - содержащиеся в воде анионы, расположенные в убывающем порядке по значению процент-эквивалента (%-экв). В общей сумме должно быть 100 %-экв анионов.

C - содержащиеся в воде катионы, расположенные в убывающем порядке по значению процент-эквивалента (%-экв). В общей сумме должно быть 100 %-экв анионов.

pH- кислотность воды (от 1 -HCl до 12 - KOH).

T - температура воды в градусах Цельсия.

D - дебит источника (м3/сутки).

Прозрачность Ориентировочное определение прозрачности производят в пробирке, в которую налито 10 мл исследуемой воды.

В зависимости от степени прозрачности различают воды:

1) прозрачные;

2) слабо опалесцирующие;

3) опалесцирующие;

4) слегка мутные;

6) сильно мутные.

Количественное определение прозрачности производят в приборе, представляющем градуированный цилиндр со съемным плоским пришлифтованным дном.

Исследуемую воду перед определением хорошо взбалтывают и наливают в цилиндр. Затем ставят цилиндр неподвижно над шрифтом для определения прозрачности так, чтобы шрифт находился в 4 см от дна. Добавляя или отливая воду из цилиндра, находят предельную высоту столба воды, при которой возможно чтение шрифта.

Определение производят в хорошо освещенном помещении на расстояние 1 м от окна, не на прямом свету.

Прозрачность воды выражают в сантиметрах высоты столба с точностью до 0,5 см.

Образец шрифта для определения прозрачности воды:

«настоящий стандарт устанавливает методы определения общих физических свойств хозяйственно-питьевой воды: запаха, вкуса и привкуса, температуры, прозрачности, мутности, взвешенных веществ и цветности.

Взвешенные вещества Для определения взвешенных веществ хорошо взбалтывают 0,5–1 л воды и фильтруют ее через взвешенный тигель с пористым дном. Тигель с осадком высушивают при температуре 105 С до постоянного веса. Разница в весе дает вес взвешенных веществ во взятом для определения объеме воды.

Определение цветности производят в прозрачной воде. Если вода не прозрачна, ее фильтруют. Пробирку наполняют исследуемой водой почти до верху, ставят на белую бумагу и, глядя сверху, определяют цветность. Цветность воды характеризуется следующим образом: бесцветная, зеленоватая, желтая, бурая и тому подобное.

Запах воды определяется при нагревании до температуры 50-60 С. Для определения запаха в полевых условиях наполняют исследуемой водой примерно 3/4 пробирки, нагревают ее и закрывают корковой пробиркой. После кратковременного взбалтывания открывают пробку и определяют запах. Характер запаха выражают описательно: без запаха, сероводородный, болотный, гнилостный, плесневый и так далее.

Окислительно-восстановительный потенциал (Еh) Одним из важных факторов, определяющих физико-химические условия среды, является ее окислительно-восстановительное состояние, которое обусловлено наличием в природных водах и поровых растворах соединений с переменной валентностью. Источником этих соединений служат минеральные соли, газы и некоторые органические вещества. Количественно Еh измеряется в вольтах или милливольтах и носит название окислительно-восстановительного потенциала (Еh).

Измерение потенциала Устанавливается потенциал не сразу, и измерения производят через каждые 10–15 мин, пока три-четыре последующих определения не дадут близких значений э.д.с., отличающихся друг от друга не более чем на 3–5 мВ. При расчете окислительно-восстановительного потенциала используют показания последних замеров. Расхождение между показаниями параллельных электродов не должно превышать 20 мВ. За результат измерения берется средняя величина показаний.

Цель занятия: научиться определять физические свойства воды.

Материалы и методы: хлорсеребряный электрод, образцы воды, прибор для определения Еh.

Определить физические свойства предложенных образцов болотной воды.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Браунлоу А.Х. Геохимия. М.: Недра. 1984. 463с.

Гаррелс Р., Крайст Ч. Растворы, минералы, равновесия. М.: Мир. 1968. 368с

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Перечислить макрокомпоненты воды.

2.Перечислить микрокомпоненты воды 3.Перечислить отличия болотных вод от речных.

4. Дать понятие «Болотные воды».

5. Как формируется состав болотных вод?

6. Формула Курлова, ее характеристика.

13. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОРФА И САПРОПЕЛЯ

13.1 МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ТОРФА И САПРОПЕЛЯ

К числу важнейших задач медицинской и фармацевтической науки относится разработка эффективных лекарственных средств на основе природных биологически активных веществ (БАВ). Биологически активные вещества характеризуются низкой токсичностью и практически отсутствием побочных явлений, что выгодно отличает их от препаратов микробного и химического синтеза. Поэтому, не случайно, в настоящее время лекарственные вещества природного происхождения, особенно растительного, составляют около 30% всех препаратов, применяемых в современной медицине.

Рис. Препараты на основе биологически активных веществ Во многих случаях доля лекарственных препаратов из растений и других природных источников БАВ значительно превышает указанный процент. Это касается прежде всего сердечно-сосудистых, нервных, желудочно - кишечных заболеваний, отдельных болезней кожи, печени и почек. После потери интереса к природным БАВ и фитотерапии в целом, наблюдаемого в 50-70-е годы, начиная с конца 80-х годов и особенно за последние 5–7 лет, вновь отмечается значительный рост производства лекарственных средств растительного происхождения.

На актуальность поиска новых высокоэффективных средств природного происхождения серьезный отпечаток накладывает и ресурсный фактор, так как в современных рыночных условиях доступность сырья, наряду с фармакологическими его свойствами определяют спрос. С данной точки зрения представили интерес широко распространенные в Сибири и Томской области, такие источники БАВ, как торф и сапропелевые отложения. Указанные источники БАВ получили признание и активно используются в санаторно-курортном лечении. В отечественной медицинской практике достаточно известны биогенные стимуляторы, которые получают из торфа и сапропеля (ФиБС, пелоидодистиллят, пелоидин, торфот, гумизоль). Используются они для лечения язвенной болезни желудка, гастритов, гнойных ран, невралгии, конъюктивитов, кератитов и других. Однако большинство из перечисленных препаратов производятся за пределами России и, кроме того, спектр установленного для них терапевтического действия не охватывает тех фармакологических возможностей, которые способны обеспечить БАВ, содержащиеся в торфах и сапропелях. Так, для Сибири, располагающей огромными ресурсами торфа и сапропеля, химическое и фармакологическое изучение биологически активных соединений, наряду с поиском новых путей применения выделенных комплексов в медицине, является весьма актуальной задачей.

Упоминание о лечебном действии торфа относится ко второй половине XIX столетия. Торф применялся в виде горячих лепешек, прикладываемых к различным участкам тела, и в виде порошка, как адсорбент, способствующий удалению из организма бактериальных токсинов, ядовитых продуктов обмена веществ и для лечения желудочно-кишечных заболеваний. В 1948 году торф применяли в хирургии в виде присыпок и марлевых мешочков, при лечении плохо заживающих ран с гнойными и серозными выделениями. Г.Я. Гуревич в 1948 году применял торф при лечении метеоризма, бродильной и гнойной диспепсии и энтероколитов токсического происхождения. Е.П. Фрименд применял торф в смеси с глиной при заболеваниях седалищного нерва, остеомиелите и костно-суставных болезнях.

Рис. Бальнеологические процедуры Академик В.П. Филатов высказывал предположение о том, что торф содержит биогенные стимуляторы, образующиеся в определенных условиях в изолированных тканях животного и растительного происхождения и способных оказывать на организм стимулирующие действие. По представлениям автора, образование этих веществ происходит при помещение тканей в неблагоприятные для них условия (охлаждение, содержание в темноте). Появление этих веществ рассматривается как результат адоптации тканей. Поэтому препараты из торфа имеют значение для тканевой терапии.

Присутствие в торфе и сапропелях в повышенных количествах гуминовых соединений, витаминов, антибиотиков и экстрогеноподобных веществ, антиоксидантов, аминокислот, микроэлементов и других биологически активных веществ, давало фармакологам основание для соответствующего активного поиска. Так, например на рис. показано, что натрия гумат оказывает противоспалительное действие сходное по силе нестероидному противовоспалительному прирост объема лапки, в мл

ОРТОФЕН ГУМАТ НАТРИЯ КОНТРОЛЬ

Так, например, Олефиренко В.Т. (1986) показала, что торфяная субстанция оказывает нормализующее действие на нервные процессы, обмен веществ, функционирование органов и систем организма. Под влиянием курсового применения грязевых препаратов отмечается нормализация системы крови, в частности бронхолегочных заболеваний, проявляется выраженный противовоспалительный и бронхолитический эффект.

прежде всего, большим набором функциональных групп, причем не только таких как карбоксильные, фенольные, спиртовые, но также хинонные, аминные, амидные. Последние, способны к образованию электровалентных и ковалентных связей, внутрикомплексных соединений, определяющую их биохимическую устойчивость и высокую комплексообразующую способность. Эти качества стимулируют ферментативную активность, процессы регенерации и оказывают противовоспалительное действие.

Исходя из этого, из гуминовой фракции хаапсалупской грязи Э.Ю. Вейнпалу создал ампульный препарат «Гумизоль», представляющий собой 0,01% По фармакологическому действию он относится к группе биогенных стимуляторов. Способностью нормализации нарушенных функций.

при лечении заболеваний нервной системы и в гинекологической практике, офтальмологии.

Путем химической деструкции гуминовых веществ торфа получены препараты БАМ, БУ, которые отличаются высокой физиологической активностью и предназначенные для растениеводства, микробиологического синтеза и медицины. Основу БАМ составляют азотосодержащие соединения – производные тирамина, а БУ – низкомолекулярные ферменты окисления гуминовых кислот торфа. Эти препараты обладают противоопухолевой и противовирусной активностью, низкой токсичностью. БУ был апробирован в качестве эффективного стимулятора роста растений и дрожжевых организмов, а БАМ – в качестве основы офтальмологического средства «Торфот».

В ходе окислительно-гидролитического воздействия на торф разрываются химические связи в органическом и органоминеральном комплексах, происходит полная или частичная деструкция высокомолекулярных соединений, улучшается их растворимость в водной и водно-щелочной средах, образуются биологически активные вещества вторичного происхождения и это приводит к целенаправленному получению препаратов, содержащих не только гуминовые вещества, но и другие биологически активные компоненты. В соответствии с этим были получены препараты «Гидрогумат» и «Оксигумат».

«Гидрогумат» – представляет гидролитическую деструкцию торфа, полученную путем его последовательной тепловой обработки в кислой и щелочной средах. Активность «Гидрогумата» обусловлена гуминовыми кислотами, широким спектром карбоновых и аминокислот.

«Оксигумат» – получен путем окисления водно-щелочной суспензии торфа в присутствии катализатора соли двухвалентного металла. Этот препарат обладает не только ростостимулирующим, но и выраженной фунгицидной активностью в отношении целого ряда грибковых заболеваний растений.

Обнаружено положительное действие гуминовых кислот торфа при нарушении нервной проводимости. При лечении рака пищевода установлено, что специально очищенные гуминовые кислоты действуют как ингибиторы злокачественного перерождения эпителия пищевода.

Доказана высокая терапевтическая активность препарата из торфа, содержащего соединения стероидного и терпенового характера ( -ситостерин, кампестерин, тритерпеноиды, каратиноиды), при дерматологических заболеваниях.

Терапевтическую эффективность препарата авторы связывают со структурным сходством указанных соединений со стероидными гормонами. Примечательно, что изученный препарат предотвращает осложнения, вызванные кортикостероидами.

В 80-е годы в республике Беларусь были проведены клинические испытания мази “Торфенал”, содержащей экстракт смолы торфяного воска. Препарат испытывался, в основном, на больных, страдающих длительно текущими, рецидивирующими тяжелыми заболеваниями кожи - псориазом, нейродермитом, экземами. Наиболее благоприятный эффект отмечен при лечении чешуйчатого лишая, нейродермита, а также выявлено противовоспалительное, антиаллергизирующее, противозудное действие.

Из комплексных препаратов торфа с другими лекарственными средствами нашел применение препарат Пиридоксофот (Торфот + Пиридоксин), обладающий антитоксическим действием. Он применяется в офтальмологии и гинекологии, в клинике нервных болезней.

Таким образом, торф и сапропель являются перспективным сырьем для производства медицинских препаратов широкого спектра действия.

Цель занятия: познакомиться с возможными направлениями использования торфа и сапропеля в медицине.

Материалы и оборудование: теоретическая часть главы 13.1, видеофильм.

На основании, предложенных данных антигрибковой активности комплекса высокомолекулярных веществ торфа, охарактеризовать возможность его использования в медицинской практике.

Антигрибковая активность комплекса высокомолекулярных веществ, кулярных веществ торфа

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Авакумова, Н.П. Гуминовые пелоидопрепараты: перспективы использования в медицинской практике / Н.П. Авакумова // Материалы пятой научной школы «Болото и биосфера». – Томск. – 2006. – С. 63–72.

2. Колотенко, В.П. Ультраструктурные аспекты действия гумата натрия на печень / В.П. Колотенко. Ю.Г. Черненко, А.Я. Шарипкина // Гуминовые удобрения, теория и практика их применения. – Днепропетровск, 1983. – С. 165–168.

3. Кривошеев, Е.П. Лекарства из торфа / Е.П. Кривошеев // Уральские нивы. – 1993. - № 1-2. – С. 10–11.

4. Лотош, Т.Д. Экспериментальные основы и перспективы применения препаратов гуминовых кислот торфа в медицине и сельскохозяйственном производстве / Т.Д. Лотош // Биологические науки. – 1991. - № 10. – С. 99–103.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Обоснуйте возможность использования торфа в медицинской практике.

2. Предположите область возможного применения биологически активных веществ, выделенных из торфа.

3. Какие медицинские препараты на основе высокомолекулярных веществ торфа применяются на сегодняшний день.

В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В настоящее время во многих регионах России идёт поиск перспективных направлений подъема торфяной отрасли, который справедливо связывают с переводом её из торфодобывающей в торфоперерабатывающую.

Добыча торфа. Еще совсем недавно общая добыча торфа в стране составляла 160 – 180 млн. т/год.

Перспективным способом добычи торфа является фрезерный, для коммунально-бытового топлива – кусковой. Последовательно сменявшие друг друга способы добычи торфа характеризовались приведенными затратами ( %): элеваторный - 100, гидравлический – 93, багерно-элеваторный – 87, экскаваторный – 79, фрезерный – 40.

В настоящее время наибольшее распространение имеет фрезерный способ добычи торфа с использованием поверхностно-послойной системы разработки торфяной залежи и включающей технологические операции фрезерования, сушки, валкования, уборки и штабелирования торфа (полевые склады). Технологический процесс промышленного производства фрезерного торфа в зависимости от вида получаемой продукции и применяемого оборудования осуществляется по схемам:

1) с применением скреперно-бункерных уборочных машин (торф сельскохозяйственного назначения, для брикетного производства, топливный торф, сырье для химической переработки);

2) с применением пневматических торфоуборочных машин (топливный торф, брикеты, полубрикеты, подстилочный торф);

3) с применением перевалочных уборочных машин (торфяных), рекомендуется для крупномасштабного производства (топливный торф и торф сельскохозяйственного назначения);

4) схема с раздельной уборкой из наращиваемых за 3-5 циклов валков. Это усовершенствованная разновидность третьей схемы 5) новая технологическая схема, в которой реализован способ сушки фрезерного торфа в тонких слоях (h=15–30 мм) на аэрированном подстилающем толстом (80–20 мм). Фрезерование торфяной залежи осуществляется на глубину (25–30 мм), позволяющую получить расстил фрезерной крошки H0=80– мм (низинный тип залежи) и 100–120 мм (верховой тип). Цикл добычи завершается после многократной уборки (3–5 раз) торфа с регулируемой подвеской сопл пневматических уборочных машин. Оставшийся слой подсохшего торфа (Hост=20–30мм) фрезеруется с торфяной залежью. Создается вновь толстый слой фрезерного торфа с остатками подсушенного (H0=80–120 мм) с меньшей влагой, чем в первом случае на =3–6%. Технико-экономические показали целесообразность использования этой схемы добычи в промышленности.

Уровень механизации фрезерного способа добычи торфа составляет 100%.

Этот способ широко используется в Ирландии, Финляндии, Канаде, Швеции, Эстонии и др. странах.

Кусковой формованный торф в настоящее время преимущественно используется в качестве топлива коммунально-бытовыми предприятиями и населением и добывается экскаваторным и фрезформовочным способами. Главной особенностью технологического процесса является переработка торфяной массы и ее формование.

Использование торфа в промышленности Торф занимает особое место по сложности своего состава и наличию широкого класса органических соединений (битумов, углеводов, гуминовых веществ). Торф представляет интерес для химической, строительной промышленности, энергетики, машиностроения, медицины, сельского хозяйства.

Малоразложившийся верховой торф с высоким содержанием пушицы используется в текстильном производстве для рабочей одежды, специальных тканей, фильтрующих и теплоизоляционных материалов для экологии и строительства. Битуминозный торф используется для получения торфяного воска. А верховой торф с низким содержанием золы годен для производства активированных углей высокого качества, торфяного кокса для металлургии. Схема торфоперерабатывающих технологий и получаемых основных продуктов (см.рис. ) Схема торфоперерабатывающих технологий и получаемых основных продуктов Типы перерабатывающих технологий Механотермический Энергетическое и бытовое Лечебные и косметические добавки Ветеринария (кормовые добавки,...) Например, известно, что в Западной Сибири сосредоточены огромные запасы торфа малой степени разложения - почти 22 млрд т ( в европейской части России запасы аналогичного торфа составляют всего лишь 2,4 млрд т). Такой торф является очень ценным сырьем для торфяной промышленности. Из него можно получить субстратные плиты, кормовые гидролизные сахара, питательные брикеты. Из торфяного сырья этого вида выделяется торф моховой группы со степенью разложения до 12 %, пригодный для производства звуко- и теплоизоляционных материалов. Более 80 % запасов такого торфа сосредоточено в Западной Сибири.

Энергетика. Резкое увеличение стоимости традиционных видов топлива (угля, мазута, солярки), выравнивание их отпускной цены с мировыми стандартами, постепенное повышение цены на природный газ, стоимость которого в ближайшие годы также будет доведена до мировых цен, заставляет регионы всё больше обращаться к местному топливу, одним из которых является торф.

Несмотря на постоянное снижение удельного веса торфа в топливноэнергетическом комплексе, надо полагать, что в будущем он не будет полностью вытеснен другими видами топлива. С использованием торфяного топлива решается ряд проблем – социальных, экологических, экономических. Использование торфяного топлива создаёт дополнительные рабочие места, что особенно важно для небольших городов, посёлков, деревень, где в настоящее время имеется избыток рабочей силы. Торф наиболее чистое по экологическим показателям топливо и уступает в этом отношении только газу. Кроме того, торф позволяет окусковывать отходы лесодобывающей и лесоперерабатывающей промышленности, угольную пыль, бытовые органические отходы.

Наибольшее развитие должны получить минибрикетные заводы производительностью до 10 тыс. тонн в год, установки для получения полубрикетов, модернизированные модульные котлоагрегаты, приспособленные для сжигания торфа, газогенераторные установки.

Химическая и термическая переработка торфа. Даже в период бурного развития торфяной промышленности в России для химической переработки торфа использовалось менее 1% добываемого торфа, несмотря на то, что из единицы торфа при химической переработке можно получить в 23 раза больше продукции в денежном выражении, чем при топливном использовании. Торф – молодое горючее ископаемое и в него входят такие группы органических веществ, как углеводный комплекс, битумы, гуминовые вещества, которые относительно легко могут быть выделены из торфа, а получаемая на их основе продукция находит широкое применение в сельском хозяйстве и промышленности.

Химико-технологическую переработку торфа проводят в режиме гидролиза, пиролиза, экстракции и химической модификации. Широкое распространение получают установки по получению различных гуминовых удобрений. При этом, продукция таких производств используется не только в сельском хозяйстве, но и в строительной промышленности (для производства цемента и др.), нефтяной (для бурения скважин и т. д.).

Торф характеризуется свойствами, позволяющими относить его к числу природных сорбентов и ионообменных материалов. Широко известны работы по получению из торфа углеродных сорбентов для поглощения из водных растворов радионуклидов, образовавшихся при дезактивации радиоактивно загрязненных материалов, доочистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов. Сырьем для производства активных сорбентов может служить торф верхового типа со степенью разложения 35 % и выше и зольностью до 6 %.. Сырьевые базы с запасами такого торфа выявлены пока только в пределах европейской части России.

Большое значение имеет получение из торфа активных углей типа СКТ, АРТ (всего 16 марок). Эти угли не уступают по сорбционной способности лучшим зарубежным маркам сорбентов, получаемых из скорлупы кокосовых орехов, и являются рентабельными. Срок окупаемости оборудования около года.

Дефицит активных углей у нас и за рубежом делает это производство привлекательным для инвестиций.

На основе термической переработки торфа, помимо производства активных углей и газогенераторов с последующим получением тепла и электроэнергии для отдалённых посёлков и селений, перспективным является получение торфяного бертината – активного сорбента для поглощения разливов нефти и нефтепродуктов, а также металлургического топлива.

Строительные и теплоизоляционные материалы. Большие проблемы перед строителями ставит введение новых строительных норм и правил (СНиП), предъявляющих повышенные требования к тепло- и звукоизоляционным свойствам строительных материалов. Часть этих проблем можно разрешить путём использования теплоизоляционных материалов на основе торфа, позволяющих получать следующие виды изделий:

1. тепло- и звукоизоляционные торфоплиты, 2. засыпной в виде гранул теплоизоляционный материал, 3. фасонную в виде «скорлупы» теплоизоляцию для трубопроводов и других инженерных коммуникаций, 4. стеновые панели для жилищного строительства с заполнителем на основе торфа.

Первым опытом по производству торфоблоков в промышленных масштабах стала механизированная линия в г. Бежецк Тверской области, производство этих линий налажено было и в Тюмени.

Цель занятия: познакомиться с возможными направлениями использования торфа в промышленности.

Материалы и оборудование: видеофильм.

На основе предложенных литературных источников описать технологию производства продукции на основе торфа.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Торф в народном хозяйстве / под редакц. Б.Н. Соколова.-Москва:Недра, 1988.-272с.

2.Физико-химические свойства торфа, химическая и термическая его переработка /химия твердого топлива.-№3.-1996.-с.3-

class='zagtext'> КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Предложить варианты использования торфа в промышленности Предложить возможность использования торфа в энергетике Предложить возможные варианты химической и термической переработки торфа

В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Торф–молодое геологическое образование, он состоит из остатков растений и продуктов их неполного разложения. Благодаря широкому ряду полезных качеств торф находит широкое применение в различных отраслях сельскохозяйственного производства.

Из полезных качеств торфа прежде всего надо назвать следующее: большое содержание органического вещества, значительная часть которого представлена соединениями гуминовых кислот, обладающими высокими адсорбционными свойствами и способными оказывать стимулирующее действие на развитие растений; высокие влаго- и газопоглатительные особенности; значительное содержание азота; отсутствие болезнетворных начал и антисептичность.

Одним из критериев выбора торфа для использования в сельском хозяйстве является степень его разложения, определяющаяся процентным содержанием в нем гумуса. Степень разложения сильно колеблется от 1–5 до 50–60 %.

Степень разложения до 20 % принято считать низкой, 40 % –средней и свыше 40 % –высокой. Разложение растительных тканей происходит в самом верхнем слое болот, который получил название торфогенного слоя. Процессы, протекающие в торфогенном слое, зависят главным образом от двух внешних факторов: количества и состава минеральных веществ, попадающих на поверхность торфяника (минерального режима), и от характера ее увлажнения (водного режима). В зависимости от минерального режима торфа разделяют на две большие группы: высокозольные и нормальнозольные, в пределах которых выделяют три типа торфа: верховой, переходный и низинный. Минеральный режим определяет состав зольных элементов и их количество.

По характеру ботанического состава различают около 40 видов торфа, однако для практических целей в большинстве случаев достаточно различать группы торфа: моховую, травяную и древесную.

Важным показателем для использования торфа на удобрения является емкость обменного поглощения, характеризующая его адсорбционные свойства. Емкость поглощения торфов во многом зависит от содержания в них гуминовых кислот. В верховых торфах, помимо гуминовых кислот. На емкость поглощения заметное влияние оказывают и некоторые другие органические кислоты.

С агрономической точки зрения важной является микробиологическая характеристика различных торфов. По сравнению с органическим веществом отмерших растений все торфа отличаются гораздо большей биохимической устойчивостью. С одной стороны это связано с присутствие в торфах таких веществ как гуминовые кислоты, которые трудно усваиваются микроорганизмами и поэтому медленно разлагаются.

С другой стороны, даже углеводы, которые в обычных условиях являются наиболее доступными соединениями для микроорганизмов, в торфах также приобретают большую биохимическую устойчивость. Торфа содержат в себе почти все физиологические группы микроорганизмов, способных учувствовать в освоении и разрушении органического вещества торфа. Следует отметить, что торфа не содержат в себе болезнетворных для растений микроорганизмов, поэтому применение торфа на удобрение и особенно в качестве субстрата в парниках и теплицах резко снижает заболеваемость растений.

В органическом веществе торфа содержится в значительном количестве азот, из-за чего и стали использовать в качестве азотного удобрения. Таким образом, благодаря своим уникальным свойствам возможно использования торфа в различных областях сельского хозяйства. Так, в табл. приведены Основные области использования торфов.

Отрасли сельского хозяйства Использование Торф на удобрения в чистом виде используется достаточно часто, и повидимому целесообразно использовать торф только низинного типа, хорошо разложившийся, с достаточно высокой зольностью (не менее 10%). Торф переходных и верховых групп можно использовать в качестве удобрений только после использования его на подстилку, где он под действием щелочных животноводческих стоков утрачивает отрицательные свойства и благоприятно изменяет почвенную среду.

Торф в естественном состоянии обладает слабой биологической активностью. Для ее усиления и повышения удобрительной ценности используют различные приемы, но в промышленных условиях наибольшей активизации добиваются при обработке торфа аммиаком. Наиболее подробно остановимся на следующих группах промышленных торфяных удобрений Торфоаммиачные удобрения (ТАУ) Обработка торфа аммиаком приводит к изменению агрохимических и биохимических свойств торфа, увеличивает в 10-15 раз содержание подвижных органических веществ, главным образом за счет водорастворимых гумматов аммония, что значительно улучшает удобрительные свойства торфа.

Норму внесения аммонизированного торфа на 1 га определяют с помощью формулы:

Н=10а\[в(100-w)], где:

а- запланированная норма внесения азота, к/га;

w- массовая доля влаги в торфе;

в- фактическое содержание подвижных форм азота в ТАУ%.

При использовании ТАУ необходимо дополнительно вносить в почву фосфорные и калийные удобрения.

Торфоминерально-аммиачные удобрения (ТМАУ) В отличии от ТАУ, в ТМАУ вводятся также калийные и фрсфорные удобрения. ТМАУ представляют собой комплексные биологически активные органические удобрения, в состав которых входят подвижные формы азота, фосфора, калия. Для производства ТМАУ используют фрезерный торф низинного, переходного или верхового типов, отвечающий следующим требованиям:

степень разложения не менее 15%, влажность не более 25%, массовая доля подвижных оксидов азота не более 1%.

Применение ТМАУ аналогично ТАУ, однако при его использовании отпадает необходимость внесения калийных и фосфорных удобрений.

Торфоминеральные удобрения (ТМУ) ТМУ представляют смесь торфа с известковой мукой, фосфорными и калийными удобрениями. Производятся в полевых условиях. ТМУ производятся из низинного и переходного типов торфа со степенью разложения не менее 15%, Зольностью не более 25% массовая доля подвижных оксидов азота не более 5%. Технология испоьзования ТМУ соответствует ТМАУ.

Торфогуминовые удобрения Основа приготовления торфогуминовых удобрений заключается в физикохимической активизации гуминовых веществ путем аммонизации в условиях отсутствия процессов денитрификации. Гуминовые кислоты и их соли в малых концентрациях активизируют ферментативные процессы, улучшают дыхание растений.

Торфогуминовые комплексные микроудобрения (ТГКУ) Действие торфогуминовых препаратов, применяемых в малых количествах определяется физиологической активностью растворимых гуматов. Используют ТГКУ для оптимизации адаптационных условий семян к неблагоприятным условиям, повышении урожайности овощных культур, стабилизации уровня плодородия почв и других целей.

Компосты- это удобрения, полученные в результате разложения смеси различных органических веществ, в основном растительного происхождения.

Цель компостирования- повысить в удобрении содержание доступных питательных элементов для растений и др. Чаще всего торф на удобрения готовят в виде компостов и смесей с фосфористой мукой, известью, навозом и так далее.

Таким образом, торф является перспективным сырьем для производства на его основе препаратов широко применяемых в различных отраслях сельского хозяйства.

Цель работы: познакомиться с возможными вариантами использования торфа в сельском хозяйстве Материалы и оборудование: видеофильм.

Предположите, почему изготовленный компост не оказал положительного действия на сельскохозяйственные культуры.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1.Торф в сельском хозяйстве М.Н. Никонов, О.Е. Фатчихина, Л.А. Горшков, С.Г. Кочер, П.С. Кац.-Москва 1962.-168с.

2. Торф, торфяные почвы. Удобрения Ковалев Н.Г., Поздняков А.И., мусекаев Д.А., Позднякова Л.А..-Москва.-1998.-240с.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

Перечислите отрасли сельского хозяйства, где возможно применение торфяных удобрений Назовите основные виды промышленных торфяных удобрений.

14. ЭКОЛОГО-ХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ФОНД

ТОРФЯНЫХ РЕСУРСОВ

Торфяные болота (целинные и под промышленной добычей торфа), сельскохозяйственные и лесные угодья на торфяных болотах, выработанные торфяники, составляют эколого-хозяйственный фонд торфяных болот.

Эколого-хозяйственный фонд (ЭХФ) торфяных болот - это совокупность торфяных болот и их участков как особой природно-территориальной единицы, выполняющей экологические, хозяйственные или экологохозяйственные функции и используемой на данный период (существующий ЭХФ) или планируемой к использованию (прогнозный ЭХФ). Формирование ЭХФ производится в пределах водосборных бассейнов.

Определение существующего ЭХФ производится по данным разведки, проектам земельного и лесного фондов (рис.) и другим материалам. После выявления существующего ЭХФ проводится формирование прогнозного.

Критерии выделения эколого-хозяйственных фондов для территорий с площадью болот до 50000 га

СУЩЕСТВУЮЩИЕ ЭХФ ПРОГНОЗНЫЕ

ОХРАНЯЕМЫЙ ОХРАНЯЕМЫЙ

РАЗРАБАТЫВАЕМЫЙ РАЗРАБАТЫВАЕМЫЙ

КРИТЕРИИ ВЫДЕЛЕНИЯ

ЗАПАСНОЙ ЗАПАСНОЙ

ПРОГНОЗНОГО ЭХФ

ЗЕМЕЛЬНЫЙ ЗЕМЕЛЬНЫЙ

РЕЗЕРВНЫЙ НЕИСПОЛЬЗУЕМЫЙ

Рис.. Распределение торфяных ресурсов по эколого-хозяйственным фондам Охраняемый фонд торфяных болот - это совокупность торфяных болот с прилегающей территорией или их участков, которые сохраняются в естественном состоянии. Распределение торфяных болот по ЭХФ проводится с выделения, в первую очередь, охраняемого фонда.

ФУНКЦИИ БОЛОТ

ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДООБРАЗУЮЩАЯ

КУЛЬТУРНАЯ СРЕДА

КОЛИФЛОРА

ЧЕСТИ ФАУНА

ВЕННАЯ

СОСТАВ КЛИМАТ МНОГО–

КАЧЕСТАТМО– И ЛЕТНЯЯ

РЕЛЬЕФ ПОЧВА

ВЕННАЯ

СФЕРЫ МИКРО- МЕРЗЛО–

КЛИМАТ ТА

ПРОЦЕССЫ

АТМОСФЕРНОЕ

УВЛАЖНЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

АККУМУЛЯЦИЯ

ТЕРМОФОРЕЗ

ВЗВЕШЕННЫХ

КОНСЕРВАЦИЯ

РАСТВОРЕННЫХ

ИСПАРЕНИЕ ПОГРЕБЕННОГО

РЕГЕНЕРАЦИЯ

КОМПОНЕНТОВ

РЕЛЬЕФА, ЗАЩИТА ОТ

КИСЛОРОДА

СТОК ЭРОЗИИ

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ

ФИКСАЦИЯ

ПОКАЗАТЕЛИ

ГИДРОГРАФИЧЕСКАЯ ФОРМИРОВАНИЕ РЕЛЬЕФА

ВРЕДНЫХ ЧАСТЕЙ

СЕТЬ ПОВЕРХНОСТИ ТОРФЯНЫХ

Существующий охраняемый фонд - это торфяные болота или их участки в границах известных особо охраняемых территорий (заповедников, заказников, зеленых зон городов, научных стационаров и т. д.). Прогнозный охраняемый фонд включает дополнительно к существующему торфяные болота или их участки, рекомендуемые к сохранению на основе разработанных критериев после проведения научных исследований.

Предлагается руководствоваться следующими критериями для выделения торфяных болот, их участков и заболоченных территорий в охраняемый фонд:

1. Для сохранения объектов водоохранного значения выделяются болота а) расположенные на водоразделе и являющиеся источниками питания мелких рек и крупных озер;

б) верхового типа или их части с водоохранной зоной для внутриболотной гидрографической сети (речки, ручьи, протоки, топи, озера);

в) напорного питания по берегам озер, служащие для подземного питания озер;

г) при наличии родников, используемых в курортологии, или как источники питьевой воды;

д) площадью от 1 до 10га на сельскохозяйственных угодьях или от 1 до га в лесах, если они являются регуляторами водного режима и источниками водного питания фауны;

е) если подстилающий грунт торфяного месторождения и грунт прилегающих территорий сложен из песков, имеет резко выраженное напорное питание и при осушении невозможно обеспечить необходимый уровень грунтовых вод.

2. Для защиты пойм рек от почвенной эрозии сохраняются представительные болота пойменного залегания и болота, защищающие сельхозугодья от эрозии.

3. Для сохранения дикорастущих ягод и лекарственных трав (выявляются исследованиями).

4. Для сохранения редких и исчезающих экземпляров фауны и флоры (определяются на основании исследований 5. В охраняемый фонд включаются болота, используемые, представляющие собой уникальные для данной территории водно-болотные угодья (по заключению ученых).

Грядово-мочажинный комплекс Крупнобугристое болото 6. И другие критерии.

В запасной фонд выделены месторождения с особо ценным для промышленности битуминозным и гидролизным сырьем. В этот же фонд входят месторождения с сырьем для получения топлива для металлургии, активных углей и гуминовых кислот, для бальнеологии и медицины. Соответствующие критерии приведены в табл. 1.

В разрабатываемый фонд входят торфяные болота или их участки с сырьем для производства традиционных видов торфяной продукции: топлива, органических удобрений и компостов, подстилки, строительной теплоизоляции.

Основные критерии выделения запасного фонда Расположение месторождений Минимальные влажностью 40%, млн. т Ботанический состав жения, % Зольность, % Химический собензольной новых киd Примечание. Торф, используемый во вращающихся печах, может иметь зольность до 20%, при этом температура плавления золы должна быть выше 1300 С, а отношение CaO+MgO/S не менее 3.

Земельный фонд. Некоторые болота или их участки наиболее эффективно могут быть использованы после осушения как сельхозугодья (пашни, пастбища, сенокосы) или для лесоразведения.

Основные критерии выделения разрабатываемого фонда Торф топливлоизоляционТорф фрезерный, фрезерства месторождений Минимальные запасы торфа влажностью 40%, млн.т Тип и вид торВсех типов Зольность, % Примечание: Для приготовления компостов в отдельных случаях допускается использование торфа с зольностью до 35%, а при наличии вивианитов и карбонатов до 40%.

К объектам земельного фонда будем относить:

1) мелкозалежные торфяники, в которых средняя глубина не превышает 1,3 м;

2) высокозольные (более 35%), с содержанием в залежи железа более 3%;

3) торфяные болота низинного и переходного типов на территориях, планируемых под земледелие и лесопользование.

Рис. 2 Направление использования торфяных ресурсов Томской области Цель работы: познакомиться с эколого-хозяйственными ресурсами, научиться распределять торфяные месторождения по направлениям использования.

Материалы и оборудование: глава 14 Большого Практикума.

Необходимо определить направления использования пяти торфяных месторождений и распределить торфяные ресурсы по ЭХФ В районе имеется 12 т.м. Приводится их характеристика.

Карасевое Переходный, - R 30%, А-17%, кустарничковосфагновый, преобладает багульник Цветочное Сосново-кустарничково-сфагновый с вахтой, обилие

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Концепция рационального использования торфяных ресурсов России / Л.И. Инишева, О.Л. Лисс, А.Н. Мармулев, С.Г. Маслов и др.-Томск.-2003.-60с.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Дать понятие эколого-хозяйственному фонду торфяных болот 2. Перечислить все типы ЭКФ и дать их краткую характеристику

15. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФА

Российская Федерация располагает крупнейшими ресурсами торфа, которые составляют 47% от общих мировых запасов.

Детально разведанные геологические запасы местных месторождений угля, нефти и газа в России составляют 8,7 млрд.т., а торфа 10 млрд.т., в пересчете на условное топливо. Торф, как полезное ископаемое, относиться к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии. Ежегодно в мире образуется почти 3 млрд. м3 торфа, что примерно в 120 раз больше чем используется. Ежегодный прирост в России равен 250 млн.т., что в 83 раза больше чем добывается и используется для различных направлений. За весь период торфодобычи извлечено лишь около 10% от базовых запасов, и это в основном были затронуты ресурсы Центрального региона и Ленинградской области.

Современный этап развития торфяного сырьевого комплекса характеризуется доработкой ранее подготовленных площадей, а также все растущей тенденцией ресурсно-сырьевой приватизацией месторождения торфа, в основном с целью превращения торфяных ресурсов в активы.

Учитывая значительные запасы торфяных ресурсов, возобновляемость, благоприятную географическую распространенность и доступность, их следует рассматривать как стратегически важный топливно-энергетический потенциал.

А учитывая тот факт, что стоимость тепловой энергии в ЖКХ, произведенной на газе, в ближайшие годы равна или более, чем на торфяном биотопливе, и что, далеко не у каждого пользователя есть возможность подключиться к системе газоснабжения или силовому электрокабелю, то на практике у владельца собственного дома, желающего иметь автоматическое отопление выбор сводиться к двум альтернативам: использовать дизтопливо или биотопливо.

Экономически эффективными являются и другие направления использования торфа. Например, по экспертным оценкам ежегодная потребность России только в технических сорбентах составляет 140–150 тыс.т., а используется лишь около 2 тыс.т.

Для регионов увеличение использования местных ресурсов предусматривает создание новых рабочих мест. Повышается социальный уровень населения, обеспечивается рост налоговых поступлений в местный бюджет, кроме того, финансовые средства, направляемые сейчас на закупку привозного топлива, остаются в муниципальных образованиях региона. В настоящее время только в четырех федеральных округах (Центральном, Северо-Западном, Приволжском и Уральском) имеется более 12 тыс. котельных, работающих на привозном угле и мазуте и перевод лишь части из них даст значительный экономический эффект, и что самое главное повысит надежность обеспечения теплом населения.

Так, в настоящее время в ряде регионов все же выдуться попытки перевода части котельных на альтернативные виды топлива, которые не дают пыли, и "кочегарка" превращается в чистое производство. Кроме того топливо можно точно дозировать, что позволяет автоматике управлять его подачей в зависимости от температуры окружающей среды, полностью исключая человеческий фактор.

Такие полностью автоматизированные котельные на твердом топливе запущенны в поселке Дорохово под Москвой. Эти котельные построены на базе автоматизированных твердотопливных котлов марки CarboRobot (Венгрия) и другого современного европейского оборудования.

Рис. Блочно-модульные котельные Таким образом, с экономической точки зрения использование торфа весьма рационально. Однако в последнее время аналитиками компаний, организующих свой бизнес на торфе, задается вопрос, а будет ли бизнес прибыльным?

Естественно речь не идет о бизнесе перепродажи торфа, не о продаже торфяной залежи в которой 80-% воды, 15-% зола, а остальное торф, а о производстве торфяной продукции.

Определяющем фактором успешного торфяного бизнеса будут инновации по всем направлениям производства торфяной продукции. Так, например «Российская топливная компания» –Ростопром» приобрела контрольный пакет акции ОАО «Васильевский Мох» с долгами, старой техникой. В результате ряда инновационных мероприятий предприятие на сегодняшний день приносит стабильный доход.

Обобщая вышеизложенный материал можно отметить необходимость развития торфяной отрасли в России, а в особенности Томской области.

Цель занятия: познакомится с основами экономической эффективности использования торфяных ресурсов.

Материалы и оборудование: теоретическая часть главы 15 Большого Практикума.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № Оценить экономическую эффективность использования торфяного топлива по отношению к дизельному и древесному, если известно, что при площади дома 150м2, необходим котел мощностью 30 кВт. За отопительный сезон такой котел обычно потребляет от 4 до 6 тонн дизельного топлива стоимостью от 60000 до 90000 рублей. Чтобы получить такое же количество тепла потребуется древесного топлива около 10 тонн. При цене 80 Евро/тонна и курсе руб/Евро. Торфяного топлива необходимо 12 тонн, при цене 50 Евро/тонна.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Беляков А.С. Торфяной ресурсный и научно-производственный потенциал России в решении региональных проблем теплоэнергетики, агрокомплекса и охраны/Торф и бизнес.с.16-20.

2.Шешин Б.С. Торф и бизнес //Торф и бизнес.-№3.-2006.-с.15-17.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Перечислити возможные направления использования торфа 2.Обоснуйти экономическую выгоду использования торфа в качестве топлива на территории Томской области 3.Перечислити известные Вам продукты на основе торфа

Pages:     | 1 |

2

|