Сорбційні властивості базальтового туфу та можливість його використання у сільському господарстві

17 августа 2017 г.

15

Статьи Статьи партнеров Сорбційні властивості базальтового туфу та можливість його використання у сільському господарстві
туфу

Важливим чинником у сучасному розвитку світового продовольчого ринку є зростання попиту на «органічну» продукцію, тобто екологічно чисте продовольство, яке виробляють з мінімальним застосуванням хімічних засобів і відсутністю генетично модифікованих організмів.

Виникнення і поширення органічного виробництва пов’язано з недовірою до трансгенних продуктів і занепокоєнням надмірною хімізацією агросфери.

Західна біогеохімічна зона України відрізняється особливими ґрунтово- кліматичними та екологічними умовами, унікальність яких викликає своєрідну реакцію місцевої флори і фауни та в цілому суттєво впливає на стан здоров’я людей і сільськогосподарських тварин. Геохімічна ситуація регіону характеризується недостатністю у ґрунтах і воді рухомих форм таких біогенних мікроелементів як йод, цинк, кобальт, мідь, марганець, селен, що обумовлює зменшення їх вмісту у рослинах (кормах). Техногенне забруднення– радіоактивне та хімічне, неконтрольоване використання мінеральних добрив – значно посилюють природну недостатність біогенних мікроелементів.

Для корекції мінерального обміну і профілактики негативної дії радіонуклідів і важких металів, одержання екологічно чистої та біологічно повноцінної сільськогосподарської продукції є доцільним застосування в землеробстві таких природних комплексних мінералів як цеоліти, бентоніти, сапоніти та базальтові туфи.
За даними Державного управління екобезпеки, в Тернопільській та Рівненській областях нараховується декілька сотень родовищ та проявів різноманітних корисних копалин, унікальними з яких є базальт. Особливе місце посідають виявлені супутники базальтів – туфові породи.

Запаси базальтових туфів на території України за оцінками екологів сягають 1 млрд. т. Проведені попередні дослідження показали, що базальтові туфи володіють поліфункціональними абсорбційними властивостями та можуть бути використані для очищення органічних добрив від іонних і молекулярних забруднень.

туфу

Базальтові туфи — це природні алюмосилікати вулканічного походження, які в розвідуваних родовищах представлені магматичними породами (вулканічне скло, базальти, шлаки) та мінералами (плагіоксаз і піроксен). Залежно від мінерального і хімічного складу, після відповідної переробки їх застосовують у будівництві і в промисловості будівельних матеріалів, в сільському господарстві як добавки до кормів, та як пролонгатори мінеральних добрив.

Вміст у туфі невеликих домішок оксидів заліза, гематиту, кальциту, слюди, кварцу, плагіоклазів і хлоридів свідчить про його високі абсорбційні і катіонообмінні властивості.

Крім того, базальтовий туф містить підвищені концентрації таких мікроелементів, як марганець, мідь, кобальт, фосфор та інші.

Базальтові туфи комплексно діють на ґрунт і нормалізують азотне і калійне живлення рослин, зменшують ступінь кислотності ґрунтів, забезпечують ґрунти рухомими мікроелементами, утримують вологу та регулюють водозабезпечення рослин тощо.

Відомо, що природні алюмосилікати – базальтові туфи – володіють іонообмінними властивостями і здатні абсорбувати різні за природою речовини. Це дозволяє прогнозувати використання їх у сільському господарстві як абсорбент шкідливих виділень газів.

Отже, беручи до уваги доступність вітчизняного природного мінералу – базальтового туфу, його хімічний склад та низьку токсичність, фахівцями Тернопільської та Чернівецької філій ДУ «Інститут охорони ґрунтів» запропонований спосіб утилізації рідких органічних відходів свинарства.

Матеріал і методика досліджень.

Відомий спосіб для природного розділення рідкого гною свиней на фракції шляхом використання відстійників (лагун) глибиною 2-2,5 м.

Недоліком відомого способу є забруднення довкілля виділеннями газів (аміак, сірка тощо), нітратне і мікробне насичення ґрунтів, повітря, поверхневих і ґрунтових вод тощо.
В основу досліджень поставлена задача вдосконалення способу утилізації рідких органічних відходів свинарства шляхом використання активного абсорбенту для поглинання шкідливих виділень газів, що значно покращить навколишнє середовище, а також дозволить отримати органічне добриво.
Суть технічного рішення полягає у використанні активного абсорбенту – базальтового туфу, який має унікальні властивості.

Базальтовий туф, як потужний природний абсорбент, має високу селективність поглинання і здатність розділяти за розмірами іони і молекули різних речовин, досить високу механічну і хімічну стійкість. Він у процесі своєї експлуатації мало змінює свої фізико-хімічні властивості, зберігає високу іонообмінну селективність до цілого ряду хімічних елементів.

Дослідженнями встановлено, що 1 кг базальтового туфу абсорбує до 100 г аміаку і 400 г різних хімічних сполук.

Крім вищезазначеного, в запропонованому технічному рішенні використовується здатність базальтового туфу абсорбувати аміак, який виділяється при утилізації гною свиней і забруднює навколишнє середовище. Аміак, який поглинається туфом, в подальшому у вигляді азоту засвоюється сільськогосподарськими рослинами не з ґрунту, а із суміші базальтового туфу і твердої фракції гною свиней, що в кінцевому підсумку є цінним органічним добривом.Поставлена задача вирішується тим, що у способі утилізації рідких органічних відходів свинарства (включає збирання і транспортування відходів, природне розділення відходів на фракції шляхом використання відстійників), згідно із запропонованим способом вводиться те, що відходи подаються в ємність для змішування з базальтовим туфом, після чого отримана суміш подається в ємність для розділення на рідку і тверду фракцію, причому рідка фракція через отвори в бокових стінках ємності видаляється у відстійник, а тверда фракція, що осідає на дно ємності, вивантажується на відкриту площадку для дозрівання і відправлення до споживача як органічне добриво.

Фахівцями Тернопільської та Чернівецької філій ДУ «Інститут охорони ґрунтів» проведені дослідження по здатності абсорбції аміаку базальтовим туфом з відходів свинарства. На початковому етапі досліду базальтовий туф та органічне добриво (гноївка) зважували на електронній вазі. Після цього поєднували дані компоненти в різних пропорціях, потім проби ставили у змішувач. На кінцевому етапі – зразки відстоювали і зважували окремо рідку та тверду фракції.

Результати досліджень. Дослідженнями встановлено, що найбільша поглинальна здатність базальтового туфу виявлена при співвідношенні: на 1 тонну базальтового туфу з фракцією 2 мм – 3тонни відходів гною свиней.

Спосіб утилізації рідких органічних відходів свинарства зображений на рис. 1, де 1 – свиноферма, 2 – трубопровід, 3 – ємність для змішування, 4 –змішувач, 5 – ємність з базальтовим туфом, 6 – ємність для розділення рідкої і твердої фракції гною, 7 – отвори для видалення рідкої фракції, 8 – відстійник. Здійснюється спосіб утилізації рідких органічних відходів свинарства наступним чином.

Рис.1 Спосіб утилізації рідких органічних відходів свинарства

На свинофермі 1 рідкі органічні відходи (далі – гній) збираються і транспортуються по трубопроводу 2, маса гною подається в ємність 3 для змішування з базальтовим туфом, що подається з ємності 5. За допомогою змішувача 4 маса перемішується. Після перемішування до однорідної маси отримана суміш подається в ємність 6 для розділення на рідку і тверду фракції. У верхній частині ємності 6 виконані отвори 7 для видалення рідкої фази, яка видаляється у відстійник 8, а тверда фаза осідає на дно ємності 6. Після чого тверда фаза подається на площадку для дозрівання (не зображено) і відправлення до споживача як органічне добриво.

Під час перемішування твердої фракції і базальтового туфу останній абсорбує аміак і поглинає неприємні запахи, таким чином зменшуються шкідливі викиди газу в атмосферу. Причому базальтовий туф, крім своїх корисних властивостей, абсорбує і необхідні речовини з гною, тим самим забезпечується процес виробництва органічного добрива з великим вмістом азоту, необхідного для вегетації сільськогосподарських рослин.

Висновки і перспективи досліджень

Отже, дослідами встановлено здатність базальтового туфу абсорбувати аміак, який виділяється при утилізації гною свиней і забруднює навколишнє середовище. Аміак, який поглинається базальтовим туфом, в подальшому у вигляді азоту, засвоюється сільськогосподарськими рослинами не з ґрунту, а із суміші базальтового туфу і твердої фракції гною свиней, що в кінцевому підсумку є цінним органічним добривом.

Технічний результат полягає у покращенні екології навколишнього середовища і отриманні цінного органічного добрива в результаті утилізації рідких органічних відходів свинарства.

Однак, через недостатню вивченість, базальтові туфи ще не знайшли широкого застосування у нашій країні та за кордоном. Недостатня вивченість абсорбційних властивостей базальтового туфу робить їх цікавим матеріалом для досліджень.

Брощак І. С.
Хом’як І. В.
Собчук В. І.