Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №85 (сентябрь) 2020
Разделы: Сельское хозяйство, Экология
Размещена 04.09.2020. Последняя правка: 24.10.2020.
Просмотров - 383

Исследование возможности использования золы от сжигания различных видов твердого топлива в качестве минерального удобрения

Дубовец Денис Леонидович

-

ОАО "Управляющая компания холдинга "МИНСКИЙ МОТОРНЫЙ ЗАВОД"

Инженер по охране окружающей среды 2 категории

Аннотация:
Приведенная статья является результатом серии лабораторных экспериментов и математических вычислений, направленных на определение возможности использования отходов, образующихся при сжигании различных видов топлива (золы) в сельском хозяйстве в качестве минеральных удобрений.


Abstract:
This article is the result of a series of laboratory experiments and mathematical calculations aimed at determining the possibility of using waste generated by burning various types of fuel (ash) in agriculture as mineral fertilizers.


Ключевые слова:
зола; топливо; удобрения; отходы; сельское хозяйство; почва

Keywords:
ash; fuel; fertilizers; waste; agriculture; soil


УДК 658.567.1

Цель работы – определение возможности использования золы, образующейся при сжигании твердого топлива в качестве минерального удобрения.

Задачи работы:

– изучить объемы образования отходов золы в Республике Беларусь;

– провести отбор проб и лабораторные измерения по определению химического состава и удельной активности цезия-137 отходов золы, образующейся при сжигании различных видов топлива, на действующих предприятиях;

– дать оценку возможности использования отходов золы в качестве минерального удобрения, с учетом требований природоохранного законодательства, в части предельного содержания в почве различных веществ.

Актуальность данной работы связана с высоким объемом образования отходов золы в Республике Беларусь и отсутствием действующих объектов по использованию, способных принимать отходы от сторонних организаций.

Научная новизна: Статья описывает экспериментальное исследование возможности использования золы в качестве минерального удобрения.

Введение

По данным Национального статистического комитета Республики Беларусь, в 2018 году (информация за 2019 год не сформирована), на территории республики было использовано свыше 9480 тыс. тонн твердого топлива различных видов (торф топочный, уголь, дрова). В ходе их использования в котлоагрегатах различной конструкции, помимо полезного продукта в виде тепловой энергии, выделяющейся при сгорании, образовывался побочный продукт – зола, как правило, не имевшая предназначения по месту образования и переведенная в разряд отходов.

В соответствии с государственным кадастром отходов Республики Беларусь, ежегодно формируемым РНПЦ «БелНИЦ «Экология», в 2018 году, в республике образовалось свыше 100 тыс. тонн отходов золы, относящейся к различным видам, большая часть которой (85%), была направлена на полигоны захоронения, в связи с чем – безвозвратно утеряна как источник сырья.

В виду отсутствия в Республике Беларусь объектов по использованию отходов, которые могли бы принимать золу от сторонних организаций в качестве вторичного сырья и использовать для производства продукции, задачи поиска научно обоснованных решений, способствующих переработке золы, является весьма актуальным в сфере обращения с отходами.

Одним из возможных направлений использования отходов золы является сельское хозяйство, требующее постоянного внесения в почву удобрений, способствующих восполнению теряемых почвой микро- и макроэлементов за счет их удаления вместе с сельскохозяйственной продукцией и вымывания атмосферными осадками.

Основная часть

Для оценки возможности использования отходов золы в сельском хозяйстве в качестве минеральных удобрений, была проведена серия лабораторных экспериментов по определению химического состава золы, образующейся при сжигании различных видов твердого топлива. Образцы для исследования были отобраны на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях Республики Беларусь, эксплуатирующих твердотопливные котлы и использующие в качестве топлива древесный уголь, топочный торф и дрова.

Отбор проб отходов, производился на месте их образования, с учетом требований, изложенных в СТБ CEN/TR 15310-2-2018 «Охрана окружающей среды и природопользование. Аналитический (лабораторный) контроль и мониторинг окружающей среды. Характеристика отходов. Отбор проб отходов Часть 2. Руководство по методам отбора проб».

Анализ отобранных проб золы, проводился испытательной лабораторией, аккредитованной в соответствии с законодательством Республики Беларусь в области технического нормирования и стандартизации и использующей средства измерения, прошедшие поверку в установленном порядке.

Для определения содержания тяжелых металлов в золе, использовалась методика выполнения измерений МВИ МН 1137-99. «Методика выполнения измерений содержания мышьяка, кадмия, хрома, кобальта, меди, свинца, никеля, селена, сурьмы, ванадия, марганца, олова, молибдена, цинка, железа методом атомно-адсорбционной спектроскопии».

Для определения удельной активности цезия-137 в золе, использовалась методика выполнения измерений МВИ. ИН2492-2006 «Методика выполнения измерений удельной активности цезия-137 в продукции, кормах и мырье без отбора проб радиометром-дозиметром МКС-01 «Советник».

В таблице 1 представлены значения средних концентраций тяжелых металлов и удельной активности цезия-137 для различных видов золы, полученные при проведении лабораторного исследования.

 

Таблица 1 – Средние концентрации тяжелых металлов и удельной активности цезия-137 в различных видах золы

Место отбора проб

Содержание элемента, мг/кг

удельная активность Cs137

Cu

Zn

Co

Mo

As

Ni

Cr

Pb

Cd

Mn

Уголь

Предприятие 1

183,1

513,3

9,2

6,1

8,5

81,5

312,3

20,3

3,0

256

8950

Предприятие 2

191,4

452,8

7,8

6,4

7,8

80,1

295,2

19,5

2,8

240

8394

Торф

Предприятие 3

78,6

285,4

5,1

4,2

4,1

75,5

128,3

19,4

2,1

195

7225

Предприятие 4

95,4

325,2

4,4

3,9

2,1

60,0

155,2

15,2

2,8

201

7432

Дрова

Предприятие 5

165,3

432,5

4,5

3,1

3,6

68,7

322,8

14,2

1,1

88

5521

Предприятие 6

154,5

357,3

3,7

2,9

4,2

69,4

291,7

15,3

1,2

95

6122

Примечание: для получения средней концентрации тяжелых металлов, на каждом предприятии было отобрано по три независимых друг от друга пробы, проанализированы и рассчитаны их среднеарифметические значения.

 

В соответствии с приведенной в таблице информацией, показатели средних значений концентраций тяжелых металлов и удельной активности изотопа цезия-137 в золе, полученной из одного вида топлива, отобранного на разных предприятиях, имеют большую корреляцию. По мнению исследователя, причина подобного явления связана с территориальным различием мест добычи (производства) топлива, используемого на разных предприятиях и соответственно, геохимическим строением территории на котором они добываются. Факт поставки топлива для каждого предприятия из различных источников был подтвержден специалистами служб (отделов) главного энергетика каждого предприятия. В таблице 2 представлена информация о местах добычи топлива используемого на предприятиях.

 

Таблица 2 – Места добычи топлива на разных предприятиях

Потребитель топлива

Место добычи топлива

Уголь

Предприятие 1

Тонежское месторождение (Припятский прогиб)

Предприятие 2

Жидковичское месторождение (Гомельская область)

Торф

Предприятие 3

Туршовское месторождние (Минская область)

Предприятие 4

Ляховичское месторождение (Брестская область)

Дрова

Предприятие 5

Брестская область

Предприятие 6

Витебская область

 

В таблице 3 представлена информация по пороговым значениям содержания химических веществ и радиоактивного цезия-137 в почвах земель сельскохозяйственного назначения [1].

 

Таблица 3 – Пороговым значениям содержания химических веществ в почвах земель сельскохозяйственного назначения

Почва (грунт)

Pb

Zn

Cd

Cr

Ni

Cu

Mn

As

Co

Mo

удельная активность Cs137*

Песчаная

<35,6

<72,2

<0,95

<45,6

<21,6

<28,3

<1220

<2,02

<12,1

<4,26

<185,0

Супесчаная

<55,1

<112

<1,46

<70,5

<33,3

<43,7

<1890

<3,13

<18,6

<6,58

<185,0

Суглинистая

<68,0

<138

<1,81

<87,1

<41,2

<54,0

<2330

<3,86

<23,0

<8,13

<185,0

* – В соответствии с памяткой по обращению с зольными отходами, подготовленной РНИУП «Институт радиологии», допускается использовать в качестве минерального удобрения золу, удельная активность цезия-137 в которой не превышает 10000 Бк/кг [2].

 

При сравнении информации приведенной в таблицах 1 и 2 видно, что зола, образующаяся при сжигании твердого топлива, имеет высокие показатели содержания тяжелых металлов по отношению к допустимым значениям. Данный факт свидетельствует о том, что использование золы непосредственно в качестве минерального удобрения недопустимо, поскольку может привести к превышению содержания тяжелых металлов в почве, как следствие – к ее загрязнению.

Для пресечения негативного воздействия загрязняющих веществ на почвы, за счет прямого внесения в нее золы предлагается, использовать золу в качестве добавки к различным видам минеральных (калиевая селитра, простой или двойной суперфосфат и др.) и органических (навоз, компост, сапропель и др.) удобрений в количестве, не превышающем 5 г на 1 кг удобрения.

Выбор данной величины, основан на проведенном математическом расчете предельного значения массы золы, внесение которой в почву не приведет к превышению установленных экологических норм ни по одному из показателей.

Учитывая, что ежегодно в Республике Беларусь вносится в землю порядка 48 млн. тонн органических и минеральных удобрений всех видов, добавка к используемой массе отходов золы, образующейся от сжигания различных видов топлива, позволит полностью предотвратить их захоронение, что в свою очередь позволит значительно снизить нагрузку на полигоны захоронения отходов.

Заключение

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что зола от сжигания различных видов твердого топлива имеет высокое содержание тяжелых металлов и удельную активность Cs137. В случае прямого внесения золы в почву, в качестве минерального удобрения, неизбежно произойдет загрязнение земель, результатом которого может стать деградация почвы. Для решения проблемы утилизации отходов золы без нанесения вреда окружающей среде, предлагается использовать золу от сжигания твердого топлива в качестве добавки к другим видам органических и минеральных удобрений в количестве, не превышающем 5 г золы на 1 кг удобрения. При масштабной реализации данного предложения может быть решено сразу несколько республиканских проблем:

1. Полностью прекращено или частично ограничено захоронение отходов золы, что позволит снизить нагрузку на действующие полигоны захоронения отходов и соответственно продлить срок их эксплуатации;

2. Благодаря, как правило, отрицательной стоимости отходов, добавка золы к удобрениям позволить снизить себестоимость последних, без потерь количества биогенных элементов;

3. Снижены объемы импорта минеральных удобрений из других стран.

Библиографический список:

1. Охрана окружающей среды и природопользование. земли (в том числе почвы). нормативы качества окружающей среды. Дифференцированные нормативы содержания химических веществ в почвах : «ЭкоНиП 17.03.01-001-2020» от 23 янв. 2020 г. № 2-Т - Минск, 2020. - 37 с.
2. Памятка по обращению с зольными отходами: [Электронный ресурс] // Районная газета «Чырвоны сцяг. Краснаполле». URL: http://www.redflag.by/2017/11/20/pamyatka-po-obrashheniyu-s-zolnymi-otxodami/. (Дата обращения: 08.09.2020).
3. Утилизация золы котельных, работающих на древесном топливе / Департамент по энергоэффективности Государственного Комитета по Стандартизации. – Минск, 2007. – 28 с.
4. Lewis M. Naylor, Eric J. Schmidt. Agricultural use of wood ash as a fertilizer and liming material / Lewis M. Naylor // Enviromental control. – october 1986. P. 114-119.
5. Fertilizers and their use [A pocket guide for extension officers] / Food and agriculture organization of the United nations international fertilizer industry association. – Rome, 2000. – 34 p.
6. Adekayode1, F. O., Olojugba, M. R. The utilization of wood ash as manure to reduce the use of mineral fertilizer for improved performance of maize (Zea mays L.) as measured in the chlorophyll content and grain yield / F. O. Adekayode1 // Journal of Soil Science and Environmental Management. – May 2010. Vol. 1(3). P. 40-45.




Рецензии:

5.09.2020, 15:42 Мирмович Эдуард Григорьевич
Рецензия: Статья не готова к публикации исключительно из-за отсутствия серьёзных библиографических источников. Уважаемый автор присвоил таким образом лично себе приоритет рассмотрения указанных им возможностей. Как только будет достаточное количество источников, включая зарубежные, исправлено название (без слова "изучение"), в котором должны присутствовать предмет и объект исследования (правда, объект есть), например, "экологические ограничения на использование..." или "экспериментальное исследование особенностей (факторов)..." и т.д., так рецензент посмотрит работу более детально: радионуклиды, первичный материал золы, весенний пал, массовые пожары и пр. Рецензент не рекомендует (ПОКА) в таком виде работу к публикации. ПОКА. Извините.

11.09.2020 13:13 Ответ на рецензию автора Дубовец Денис Леонидович:
Добрый день. Спасибо за изучение, оценку и критику статьи. Ваши замечания в части литературы были учтены. В действительности, несмотря на большое количество прочтенных при проведении исследований и подготовки результатов материалов, представленный в конце статьи список литературы был весьма скуден. Поскольку отобранные пробы золы частично сохранились после проведения лабораторного эксперимента, мною было принято решено провести дополнительный рентгенологический анализ по определению в золе удельной активности цезия-137(к этому подтолкнуло личное любопытство). Для этих целей понадобилось дополнительное время. Прошу Вас повторно рассмотреть данную статью.

13.09.2020, 21:50 Мирмович Эдуард Григорьевич
Рецензия: Хорошо, что по совету рецензента добавлены данные по радионуклидам. Пожелания. 1. Отсутствует структуризация статьи: введение, материалы и методы, представление результатов экспериментальных исследований, обсуждение результатов, заключение. 2. Декларируемая корреляция между концентрациями радионуклидов и тяжёлых металлов отмечается не везде (по дровам и др.). 3. Не совсем понятно (из статьи), для чего необходимо использование золы в агротехнических мероприятиях. Только в рамках экологических забот об утилизации ТБО, но это с/х не заботит. Зола - это дополнительный источник микроэлементов в удобрениях, что позволит экономить ортодоксальные минеральные удобрения. Вот бы привести какую-нибудь цифру и пару слов об этой "миссии" золы. Как было бы выигрышно, если бы было хотя бы вскользь сказано о технологии внесения: механизм смешивания в соответствующих пропорциях, цифровизация при внесении автоматическими средствами и пр. Однако и в таком виде работа достойна публикации в настоящем журнале. Жаль, что в работе нет упоминания городов Барановичи, Бобруйск, Пружаны, в которых рецензент проживал первые годы после ВОВ (шутка).



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх