Устойчивое управление торфяными месторождениями на примере Удмуртской Республики

Для снижения кислотности почвы, активации микрофлоры и обогащения питательными веществами на поля вносится известь до 5 т/га и большие дозы биологически активных удобрений - аммиачной воды, газообразного аммиака (под вспашку), торфоминерально-аммиачных (ТМАУ) и торфоизвестковых бактериальных удобрений (АМБ). Производится вспашка полей болотным плугом и боронование дисковыми бронами. Затем (обычно на следующий год) вносится полное минеральное удобрение NPK- азот, фосфор калий, 2-3 ц аммиачной селитры, 3-4 ц суперфофата и 2-3 ц хлористого калия на 1 га с заделкой в почву дисковым боронами и прикатыванием водоналивными катками.

В подготовленную таким образом почву высеиваются сначала предварительные культуры - травяные смеси (клевер розовый, тимофеевка, овсяница, лисохвост), овес и ячмень как менее требовательные и способствующие структурообразованию почвы. Затем сеют зерновые, картофель и овощи с внесением фосфорных и калийных удобрений. Пониженный температурный режим рекультивированных площадей ограничивает выращивание на них теплолюбивых культур - огурцов, помидоров, тыквы и др. Урожаи, собираемые с правильно окультуренных выработанных площадей, значительно превышают урожаи подзолистых и минеральных заболоченных почв, мало уступают осушенным и освоенным торфяникам с мощным слоем торфа.

Износ торфяных полей

При добыче фрезерного торфа поверхность полей срабатывается на 15-20 см за сезон. Находящиеся в залежи пни, если они не удалены при корчевке, обнажаются и препятствуют работе и движению машин, увеличивают потери торфа при сушке и уборке. Глубина осушительной сети - картовых и валовых каналов - уменьшается. Каналы засоряются фрезерной крошкой и пнями, поверхность полей приближается к уровню грунтовых вод, норма осушения уменьшается, повышая влажность фрезеруемого слоя залежи. Сработка залежи на картах происходит неравномерно. На середине, где влажность залежи выше, а плотность меньше, она срабатывается больше, поверхность становится неровной, корытообразной, поля постепенно выходят из строя. Для поддержания полей в нормальном состоянии и восстановления продуктивности производится их периодический ремонт.

Операции и схемы ремонта полей.

В состав работ по ремонту полей входит: освобождение поверхностного слоя залежи на глубину снятия за один или два сезона от пней, которое производится путем глубокого фрезерования с последующей уборкой щепы и мелких пней или, при пневматической уборке и брикетировании торфа, путем корчевки, уборки и вывозки пней; углубление и прочистки осушительной сети, перекладка и прочистка трубчатых переездов, профилирование карт, срезка бровок. Все операции ремонта должны выполняться с учетом времени оттаивания и замерзания грунта, а также до наступления дождливой осенней погоды, вызывающей сильное увлажнение и разжижение поверхности полей, затрудняющее движение машин и способствующее повреждению ее колесами и гусеницами.

Наиболее целесообразно проводить ремонт полей с июня по сентябрь, а при сухой осени по октябрь.

Подкорчевка, уборка и вывозка пней

С учетом важности полной очистки сезонного слоя залежи от пней предусмотрена обязательная ежегодная обработка корчевателями всей площади полей, расположенных на пнистой залежи.

Ремонт осушительной сети

Углубление валовых каналов осушительной сети производится 1 раз в четыре года на глубину около 0,8 м на низинной и 0,6 м на верховой залежи.

Разравнивание потерь торфа

При хранении торфа в штабелях поверхность их намокает, а зимой промерзает. Перед вывозом торфа, сырой слой снимается и создает потери, которые остаются на подштабельных полосах в виде навалов. Навалы полностью удаляются с подштабельных полос бульдозером и разравниваются вдоль рабочей части карт слоем не более 10 см. Разравнивание потерь производится после полного их оттаивания и подсушки полей во избежание повреждения поверхности карт гусеницами бульдозера.

Профилирование поверхности карт при ремонте полей производится 1 раз в два года. Работа выполняется шнековым профилировщиком.

Продольная планировка поверхности карт -- весьма важная операция, необходимая для устранения отдельных неровностей, волнистости поверхности, образующихся по длине даже профилированных карт в процессе добычи торфа. Они нарушают равномерность глубины фрезерования и толщины слоя крошки, замедляют сушку и понижают сборы торфа с 1 га. Планировка полей должна проводиться ежегодно.

При добыче фрезерного торфа, по условиям безопасности и сохранения картовых каналов, края карт - бровки на ширину 0,25 м не фрезеруются и не срабатываются, в результате чего на картах образуются возвышенные закраины, высота которых увеличивается на 6-7 мм за каждый цикл. При 25 циклах за сезон высота бровок достигает 15 см и более. За бровками весной и после дождей скапливается вода, которая заливает края карт на значительную ширину, увлажняя залежь и затрудняя добычу торфа. Несрезанные бровки наносят серьезный ущерб работе. Срезка бровок должна производиться систематически через каждые 4-5 циклов бровкорезом. [17]

3.3. Рекультивация выработанных торфяников на примере Финляндиии Канады

Финляндия

В Финляндии преобладает добыча фрезерного торфа. Торфяные поля расположены на месторождении верхового типа. Применима, схожая с российскими, в частности на торфоместорождении «Вожойское», технология добычи фрезерного торфа за исключением сушки.

Территория выработанных торфяных полей в Финляндии восстанавливается способом посадки Канареечника трубковидного, который признан наиболее подходящим растительным сырьем для получения целлюлозы. Также это растение выращивают и на сельскохозяйственных полях, так как это быстрорастущее растение служит не только отличным восстановителем лесного массива после добычи торфа, но и является новым источником получения топливной продукции путем смешивания и сжигания его биомассы (рис. 7) с торфом или древесным топливом. Вследствие чего, территория произрастания Канареечника трубковидного в Финляндии быстро увеличивается. [20]

Министерство сельского и лесного хозяйства страны приняло решение увеличить площадь выращивания Канареечника трубковидного до 100 тыс. га. В настоящее время общая площадь произрастания этого растения составляет 20 тыс. га. В среднем годовой сбор с одного гектара Канареечника трубковидного может дать 30 МВт энергии. При сжигании биомассы канареечника концентрация углекислого газа в атмосфере компенсируется его поглощением при выращивании. Лоббирование торфяной энергии подчеркивает важность выращивания Канареечника трубковидного на выработанных торфяниках (рис. 8).

Рисунок 7. Образцы высушенной биомассы Канареечника трубковидного

Рисунок 8. Канареечник трубковидный, собранный для переработки

Однако, культивирование Канареечника может оказать негативное воздействие на углеродный баланс в том случае, когда уровень осушения слишком высок и выделяется большое количество углерода.

Канада

На сегодняшний день Канада - крупнейший мировой экспортер лесной продукции. Лесопромышленный комплекс вносит существенную лепту в поддержание положительного торгового баланса страны и обеспечивает около 2% ВВП.

Восстановление лесов, а также восстановление торфяных полей в Канаде является весьма схожим с российскими технологиями восстановления. Это связано с тем, что Россия и Канада имеют много общего между географическими характеристиками, экосистемами и системами расселения.

Технологией возобновления выработанных торфяных полей является -сохранение защитного слоя торфа около 0,5-0,8 м, с последующим приведением поля в состояние, пригодное для сельскохозяйственного использования или под лесопосадки. [21]

На выработанных торфяниках выращивают полевые культуры, особенно многолетние и однолетние травы, а также овощные и ягодные культуры. Возможно также выращивание непищевых продуктов - например, газонных ковров.

Также, выработанные торфяники с мощностью торфа до 30 см могут быть объектами лесохозяйственного освоения. Они зачастую даже лучше подходят для произрастания леса, чем глубокие торфяные залежи. После первичной обработки почвы здесь высаживают различные породы деревьев. Лучшим посадочным материалом для рекультивации выработанных торфяников являются сеянцы сосны, ели, березы, а также укоренившиеся черенки тополя.

Дальнейшее использование выработанных торфяников зависит от типа выработки, мощности оставленного слоя торфа и его качества, водного режима и т.д. Оно должно проектироваться за несколько лет до завершения добычи торфа.

3.4 Основные направления рекультивации выработанных земель торфяных месторождений в Республике Беларусь

В соответствии с белорусским законодательством существует три основных направления рекультивации выработанных земель торфяных месторождений:

Ш для сельскохозяйственного использования;

Ш для лесохозяйственного использования;

Ш природоохранное направление дальнейшего использования торфяников (восстановление биологического разнообразия и гидрологического режима или ренатурализация (заболачивание)).

Организации торфяной промышленности, по мере выработки запасов торфа и в соответствии со сроками разработки торфяных месторождений, осуществляют рекультивацию и передают земельные участки землепользователям, определенным в решениях об отводе земельных участков соответствующих исполнительных и распорядительных органов.

До середины 2000-х годов, местными органами преимущественно определялись сельскохозяйственное и лесохозяйственное направления рекультивации выработанных земель торфяных месторождений, несмотря на их сложные геологические и гидрологические условия. Это приводило к тому, что затрачивались значительные средства на проведение рекультивации земель. После чего, земли передавались организациям сельского и лесного хозяйств, которые не могли их эффективно использовать, вследствие чего многие земельные участки попросту были заброшены. Это связано тем, что для выращивания сельскохозяйственной и лесохозяйственной продукции на землях выработанных торфяных месторождений необходимы значительно большие затраты, по сравнению с другими землями.

С середины 2000-х годов ситуация кардинально изменилась и основным направлением рекультивации земель выработанных торфяных месторождений стало восстановление биологического разнообразия и гидрологического режима или ренатурализация (заболачивание). Изменение политики в данной области было результатом совместной работы ГПО «Белтопгаз», Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды и Министерства лесного хозяйства, Министерства сельского хозяйства и продовольствия. Разработаны соответствующие нормативные документы, которые определили приоритет повторного заболачивания территорий над остальными направлениями рекультивации. От этих решений выиграли все:

· торфопредприятия в десятки раз снизили затраты на рекультивацию;

· на повторно заболоченных территориях практически не происходят пожары;

· на указанных территориях активно восстанавливается гидрологический режим, биологическое разнообразие, возобновляется процесс торфообразования.

За период с 2008 по 2013 годы организациями торфяной промышленности рекультивировано более 3,9 тыс. га выработанных земель торфяных месторождений, из них порядка 60,8% под заболачивание.

С 2006 по 2010 годы в Беларуси, при финансовой поддержке Программы развития ООН и Глобального экологического фонда, реализовывался проект «Ренатурализация и устойчивое управление торфяными болотами для предотвращения деградации земель, изменений климата и обеспечения сохранения глобально значимого биологического разнообразия». Одним из участников этого проекта было ГПО «Белтопгаз».

В рамках проекта проведены работы по восстановлению гидрологического режима на площади 28,2 тыс. га 15 нарушенных болот. Общий бюджет проекта составил свыше 4 млн. долларов США.

3.5 Пожарная безопасность торфяников и торфоразработок

Защита торфяников от пожаров, своевременная локализация и тушение последних являются актуальной проблемой для многих регионов РФ. Торфяные пожары чрезвычайно опасны, часто сопровождаются плотным задымлением и интенсивным тепловым излучением. Возникающие пожары приводят к большим экономическим потерям, связанным с гибелью древостоев и пожаротушением, они ухудшают санитарную обстановку в прилегающих населенных пунктах, являются источником залповых выбросов углекислого газа в атмосферу, приводят к деградации ландшафтного и снижению биологического разнообразия. Особую пожарную опасность представляют выработанные торфоразработки. В настоящее время остались громадные площади освоенных и неосвоенных земель, вышедших из-под торфоразработок. Эти площади заросли древесно-кустарниковой растительностью или осваиваются под сенокосы или дачные участки. В сухие годы данные площади часто являются очагами возгорания торфа.

Противопожарная профилактика торфяников предусматривает проведение комплекса мероприятий, направленных на предупреждение возникновения торфяных пожаров, ограничение их распространения и создание условий для обеспечения успешной борьбы с ними. Глубина прогорания торфяной залежи определяется уровнем залегания грунтовых вод, поэтому гидрологический режим торфяников является главным фактором при выборе мероприятий по предупреждению возникновения и распространения торфяных пожаров.

Мелиоративные системы болотных массивов имеют свои особенности в зависимости от характера использования торфяных почв, природных условий и местоположения. Поэтому при выборе противопожарных профилактических мероприятий необходимо классифицировать торфяники по типам: 1) неосушенные торфяники; 2) разрабатываемые торфяные месторождения; 3) выработанные торфяные месторождения.

Неосушенные торфяники

Для эффективного использования при борьбе с торфяными пожарами средств водного пожаротушения должна проводиться соответствующая подготовка естественных источников воды (речек, озер и т.п.) и строительство специальных искусственных водоемов. Подготовка естественных источников воды для целей пожаротушения заключается в устройстве к ним подъездов, оборудовании специальных площадок для забора воды пожарными автоцистернами и мотопомпами, а в необходимых случаях также в углублении водоемов или создании запруд. Искусственные противопожарные водоемы строятся по типовым проектам, как правило, вблизи улучшенных автомобильных дорог, от которых к водоемам должны быть устроены подъезды. Эффективный запас воды в лесных противопожарных водоемах должен быть в самый жаркий период лета не менее 100 м³.

Также следует устроить защитные противопожарные полосы, которые могут создаваться путем посева на них огнестойких растений (картофеля, люпина и др.). Ширина полос и способы их создания устанавливаются с учетом возможного характера и интенсивности распространения пожаров, почвенных и лесорастительных условий и наличия необходимых машин и орудий.

Разрабатываемые торфяные месторождения

Противопожарные мероприятия включают в себя формирование пожарной охраны, оснащение пожарной техникой, обеспечение работы системы противопожарного водоснабжения, включая гидротехнические сооружения (противопожарные каналы, водоемы, шлюзы и др.).

Выработанные торфяники

Одним из основных этапов проектирования процессов и технологии восстановления выработанных площадей торфяных месторождений является выбор рационального направления его использования. Виды использования деградированных торфяников определяются на стадии проектирования с учетом качественных характеристик нарушенных земель по техногенному рельефу, характеру обводнения (увлажнения), с учетом географических и экономических условий зоны размещения нарушенных земель, технико-экономических и социальных факторов.

Основные направления использования выработанных торфяных месторождений

Промышленное использование целесообразно в случае возобновления добычи торфа на частично выработанных торфяных месторождениях. Облесение выработанных торфяных месторождений целесообразно на полностью выработанных торфяных месторождениях. При рекультивации земельных участков из-под торфоразработок мощность придонного (защитного) слоя торфяной залежи в осушаемом состоянии должна быть не менее 0,3 м. При рекультивации выработанных торфяников должны выполняться следующие требования: планировка и расчистка площадей от пней и древесины; обеспечение сохранности в исправном состоянии осушительной и водопроводящей сети, гидротехнических сооружений, используемых в период добычи торфа.

Повторное заболачивание выработанных торфяных месторождений целесообразно на площадях, непригодных для создания лесных культур, и территориях, имеющих повышенную пожарную опасность. Преимущества природоохранного направления использования выработанных торфяников путем их повторного заболачивания:

- интенсификация процесса восстановления водного объекта и водного режима, прилегающих к нему территорий;

- возобновление и ускорение процессов торфообразования; восстановление биосферных функций болот;

- прекращение процессов минерализации органического вещества торфа; снижение пожарной опасности;

- относительно низкая стоимость производства работ по сравнению с другими видами рекультивации. Экологическая реабилитация нарушенных земель выработанных участков торфяных месторождений для повторного заболачивания осуществляется согласно следующему перечню проводимых работ:

- вывоз штабелей торфа;

- выравнивание поверхности для обеспечения равномерного поднятия и стояния уровня грунтовых вод около уровня поверхности почвы с целью ускорения процессов восстановления болот и исключения торфяных пожаров;

- удаление древесно-кустарниковой растительности в каналы в зоне затопления (при необходимости);

- демонтаж неиспользуемых переездов через картовые, валовые, магистральные и другие каналы;

- демонтаж неиспользуемых шлюзов, шлюзов-переездов и других водоподпорных и регулирующих сооружений на валовых, противопожарных, нагорных и иных каналах;

- разборка железных дорог узкой колеи;

- демонтаж полевых производственных баз;

- реконструкция существующих водорегулирующих сооружений для целей повторного заболачивания;

- строительство глухих земляных перемычек, водоподпорных и водорегулирующих переливных сооружений для целей повторного заболачивания;

- устройство прорезей в кавальерах нагорных, нагорно-противопожарных каналов.

Технологии тушения торфяных пожаров крайне трудоемки и сопряжены с большими материальными и энергетическими затратами, поэтому в системе охраны торфяников от пожаров предпочтение должно отдаваться увеличению роли мероприятий по предупреждению возникновения и распространения торфяных пожаров. Неосушенные торфяники и мелиоративные системы болотных массивов имеют свои особенности, поэтому при выборе противопожарных профилактических мероприятий необходимо четко классифицировать торфяники по типам. Комплекс обязательных для исполнения мероприятий по противопожарной безопасности на действующих торфодобывающих предприятиях в полной мере обеспечивает пожарную безопасность разрабатываемых торфяных месторождений. На частично выработанных торфяных месторождениях наиболее целесообразным видом использования является возобновление промышленной добычи торфа. Облесение выработанных торфяных месторождений целесообразно на полностью выработанных торфяных месторождениях при мощности придонного (защитного) слоя торфяной залежи в осушаемом состоянии не менее 0,3 м. Повторное заболачивание выработанных торфяных месторождений целесообразно на площадях, непригодных для создания лесных культур и территориях, имеющих повышенную пожарную опасность.

Рекультивацию выработанных торфяников проводят различными методами. Более рациональным методом возобновления торфяного массива является обязательное сохранение защитного слоя не менее 30 см, а также высадка негорючих растений на высушенных торфяниках, воизбежании пожара, с внесением фосфорных и калийных удобрений. Этот метод служит хорошим восстановителем для земель, которые в последующем будут использоваться для сельскохозяйственных нужд. Также эффективным восстановлением служит посадка различных пород деревьев, например, таких как ель, сосна, береза, тополь, что будет хорошим возобновителем для земель, которые снова будут применимы к добыче торфа.

Глава 4. Перспективные направления использования торфяного сырья

4.1 Использование торфа в качестве сорбента при ликвидации нефтяных разливов

В связи с резким ухудшением экологической обстановки в масштабе всей Земли решение проблем защиты растительного и животного мира от техногенного воздействия становится настоятельной необходимостью. Немаловажной составляющей этой большой проблемы является ликвидация последствий разливов нефти в результате аварийных ситуаций различного масштаба и попадания нефти и нефтепродуктов в водную среду. Мировой и отечественный опыт показывают, что в настоящее время одним из перспективных способов удаления нефти с водных поверхностей является использование сорбционных и биосорбционных технологий, предусматривающих применение специальных нефтепоглощающих материалов (сорбентов). Новизна предложения заключается в использовании торфа в качестве продукта для приготовления нефтепоглощающего материала (сорбента). [14]

Сорбент торфяной предназначен для очистки водной поверхности от нефтяных загрязнений при аварийных разливах нефти, а также для очистки водных акваторий от углеводородных пленок.

Сорбент торфяной относится к природным органическим сорбентам -- продукт на основе верхового торфа низкой степени разложения (5?10%), модифицированный для придания ему гидрофобных свойств, обладающий высокой пористостью, высокой удельной поверхностью и, соответственно, высокой сорбционной способностью по отношению к нефтяным углеводородам. Нефтеемкость - 8-10 г нефти/г сорбента; время насыщения сорбента нефтью до предельной величины - 5-10 минут; селективность по отношению к нефти в системе нефть-вода - 90-95%; срок консервации нефти в объеме сорбента, исключающий самопроизвольный ее сток, - не ограничен; плавучесть - не менее 30 суток. Торфяной сорбент является экологически чистым продуктом и обеспечивает высокую степень очистки от нефтяных загрязнений. Сорбент может быть приготовлен в рассыпном и гранулированном виде. При изготовлении сорбента используется технология, которая не нарушает структуру торфа и тем самым увеличивает сорбционную способность продукта. Утилизация сорбента возможна в дорожном строительстве и при изготовлении топливных брикетов.

Преимущества торфяного сорбента заключаются в следующем: территории, где добывается и транспортируется нефть в большинстве случаев, являются заторфованными, поэтому производство торфяного сорбента, возможно, организовать на местном торфе в непосредственной близости от разлива нефти и нефтепродуктов-это экономически выгодно.

По сравнению с сорбентами на основе торфа другие используемые природные органические сорбенты (активированный уголь, соломенная и камышовая сечка, древесные опилки, шелуха, гречиха, подсолнечники др.) обладают более низкой нефтеёмкостью (0,5-2,7 г нефти/г сорбента), гидрофильностью, приводящей к частичному высвобождению нефти из объема сорбента, а также потере плавучести.

К недостаткам использования синтетических сорбентов можно отнести экологическую опасность, сложность утилизации, высокую стоимость. Для синтетических сорбентов характерно, что, несмотря на гидрофобность, они обладают низкой селективностью и с одинаковой интенсивностью поглощают нефть и воду.

Применение сорбентов в диспергированной форме (каучуковая крошка, порошок фенолформальдегидной смолы, гранулы полистирольного пенопласта) может привести к вторичному загрязнению окружающей среды уже этим сорбентом, слаборазлагающимся в природных условиях, например, в результате возможности произвольного рассеяния сорбента ветром за пределы ограждений.

Природные неорганические сорбенты по сравнению с сорбентами на основе торфа обладают низкой нефтеёмкостью (0,5-1,5 г нефти/г), невозможностью их использования при ликвидации разливов на воде (тонут вместе с нефтепродуктом), а также неспособностью удерживать легкие нефтяные фракции.

Органоминеральные сорбенты (бурый уголь, сапропели др.) обладают низкой нефтеёмкостью (0,8-1,2 г нефти/г).

К недостаткам биосорбентов относятся высокая стоимость, ограничение в температуре использования (не ниже + 5 ^оС), высокая степень вымываемости внесенных в их состав минеральных удобрений, что ограничивает возможность их применения на водной поверхности.

Экономический эффект от внедрения сорбента торфяного: [24]

Низкая стоимость, простота производства, значительная нефтеёмкость, гидрофобность, плавучесть, экологическая безопасность его использования.

Кроме того, торф используется в качестве основы при производстве различных сорбентов и фильтрующих материалов для очистки промышленных и бытовых стоков.

4.2 Утилизация осадков сточных вод путём компостирования с торфом

Внесение в почву компостированнных осадков сточных вод - весьма эффективный способ увеличения плодородия почв, отличающийся простотой и доступностью.

Утилизация осадков сточных вод является проблемой мирового масштаба. Трудность заключается в присутствии в осадке токсичных веществ, в частности тяжелых металлов. Поэтому только локальные очистные сооружения отдельных производств, например пищевых, микробиологических кормового направления и т.п., имеют возможности использовать осадки, в том числе и избыточный активный ил, в качестве органоминеральных удобрений, вносимых в почву.

Свойства осадков как потенциальных удобрений определяются целым комплексом характеристик, среди которых принципиальное значение имеют влажность, содержание фосфора, азота, калия, тяжелых металлов. Точных критериев квалификации и нормирования осадков в качестве удобрения не существует, так как состав осадков сильно колеблется в зависимости от их типа и происхождения.

При сбраживании осадка, которое иногда осуществляют на очистных сооружениях, наблюдается значительное уменьшение содержания питательных веществ в твердом компоненте осадка. Содержание азота, например, может снизится на 30-40% за счет перехода его в аммиак или растворимые в водной фазе аммонийные соли. То же самое происходит и с фосфором. Таким образом, если осадок вносится в почву в разбавленном виде без сбраживания, количество питательных веществ в нем значительно выше.

В таблице 1 приведены характеристики состава некоторых типов осадка.

Таблица 1. Содержание питательных элементов в различных типах осадка на станциях очистки сточных вод

Тип осадка	Азот, %	Фосфор,%Р2О5	Калий, % К2О
Первичный	2,4-2,9	1,1-1,6	-
Сгущенный на фильтре	2,9	2,8	-
Активный ил	3,0-5,6	2,8-7	0,56
Осадок после сбраживания, смешанный с активным илом	1,8-5,8	1,2-3,3	0,14-0,4

В качестве практических направлений, подтверждающее активное использование осадков сточных вод в качестве удобрения, рассмотрим использование избыточного ила микробиологических производств и осадков, образующихся при очистке навозных стоков.

На микробиологических предприятиях на стадии очистки сточных вод образуется в качестве отхода избыточный активный ил (микробная биомасса).

Исследования химического состава микробной биомассы показывают, что данный продукт содержит ценные вещества и является многокомпонентной системой. Анализ химического состава сухой микробной биомассы микробиологического производства приведен в таблице 2.

Таблица 2. Химический состав высушенной микробной биомассы производства кормовых дрожжей

Состав	Содержание, % на АСВ
Влага	5-10
Общий осадок	40-60
Липиды	2-8
Углеводы	8-17
Нуклеиновые кислоты	1,5-5,0
Зола	10-35
Калий	0,2-2,0
Магний	0,3-0,4
Кальций	0,5-1,5
Железо	0,7-0,3
Фосфор	2,0-3,0
Цинка	600-22000
Марганец	300-600
Медь	30-220
Кадмий	1-3
Свинец	10-13
Молибден	4-50
Стронций	3-55
Кобальт	0,1-4,0
Никель	10-30
Хром	5-30
Ртуть	Не обнаружено

Эффективность использования микробной биомассы в качестве удобрения определяется содержанием не только азота, фосфора, калия, но и микроэлементов. Наличие в микробной биомассе повышенного содержания зольных элементов, в частности таких микроэлементов, как бор, молибден, медь, марганец, цинк, весьма важно для роста растений.

При получении удобрений на основе микробной биомассы наряду с качественными характеристиками важное значение имеют ее физико-химические свойства, в частности способность к слёживанию, рассеиванию, гигроскопичность. Эти показатели следует учитывать при хранении, транспортировке, дозировке продукта в процессе приготовления удобрения.

Проведенные исследования по возможным способам утилизации влажной микробной биомассы привели к разработке способа получения органического удобрения на основе сгущенного активного ила (микробной биомассы) и торфа.

Сущность предложенного способа состоит в том, что суспензию активного ила с концентрацией биомассы 0,5-5,0% АСВ смешивают с торфом в соотношении от 5:1 до 1:8. Смешивание ила с торфом приводит к эффективному адсорбционному взаимодействию микроорганизмов активного ила и минеральных элементов на частицах торфа, что снижает энергозатраты на обезвоживание торфо-иловой смеси и повышает качество удобрения, получаемого на его основе.

Особое значение имеет содержание тяжелых металлов в почве. Регламентация концентрации зольных элементов, включая тяжелые металлы, в предлагаемом способе позволяет выдерживать установленные ПДК тяжелых металлов в почве.

Для агрохимической оценки эффективности применения компоста на основе влажной микробной биомассы и торфа были проведены опыты с картофелем (таблица 3).

Таблица 3. Урожайность и содержание крахмала в клубных картофеля в контрольном опыте и с добавлением различных удобрений

№ п/п	Вариант опыта	Средняя урожайность, ц/га	Прибавка	Содержание крахмала, %
			ц/га	%
1.	Контроль	62,3	-	-	17,09
2.	N146 P140 K277	103,6	40,4	63,9	17,90
3.	МБ 300 кг/га	87,9	24,7	39,1	16,42
4.	МБ 600 кг/га	96,2	33,0	52,2	18,05
5.	МБ 300 кг + Р33 К228	109,9	46,7	73,9	18,70
6.	Солома 5т/га	79,6	16,4	25,9	19,51
7.	Солома 5 т/га + N146P140K277	115,5	52,5	83,1	14,00
8.	Солома 5т/га + МБ 300 кг/га	89,2	26,0	41,1	12,31
9.	Солома 5 т/га + МБ 600 кг	98,7	35,5	56,2	17,09
10.	Солома 5 т/га + МБ 300 кг + Р22 К 226	80,3	17,1	27,1	17,76
11.	Переходн. торф 58т/ га + N146P140K277	101,9	38,9	61,2	17,76
12.	Торфо-иловый компост 50 т/га + К223	97,2	34,0	58,3	14,80

Примечание. Величина нижнего индекса показывает количество данного элемента в килограммах на 1 га. МБ - микробная масса. Из сравнения видно, что торфо-иловый компост при своей более низкой себестоимости может оказывать большие эффект на накопление урожая.

Проведенные экономические исследования доказали, что 1 т влажной микробной биомассы при использовании её в качестве удобрения может обеспечить дополнительный доход за счет увеличения урожая.

Таким образом, в результате проведенных испытаний установлено, что микробная биомасса производства кормовых дрожжей является ценным компонентом удобрений для различных сельскохозяйственных культур.

При получении торфо-иловых удобрений в больших объемах необходимо применение специальной техники с соблюдением определенных технологических требований.

Основное требование при производстве торфо-иловых удобрений - высококачественное перемешивание компонентов, обеспечивающее равномерное распределение влаги и минеральных веществ в общей массе, что способствует активной деятельности микрофлоры в период ферментации смеси в буртах.

Рассмотрим в качестве примера два распространенных способа компостирования:

1. Компостирование в буртах - естественный способ биоокисления. В этом случае перерабатывается небольшое количество ила.

2. Компостирование в биоконвекторах - компостирование с принудительной аэрацией.

В мировой практике как первый, так и второй способы. При компостировании в биоконвекторах продолжительность компостирования сокращается до 2-3 недель, в лучшем случае до 3-7 дней.

Затраты энергии на приготовлении 1 т продукта составляют 20-190 кВт.

Небольшой интерес представляют технологии, создающие условия для бурного развития микроорганизмов, которые выделят вещества, подавляющие развитие других микроорганизмов.

Процесс биоферментации торфо-иловых смесей в удобрение заключается в бурном развитии при благоприятных условиях сначала мезофильных микроорганизмов (t_min = 10:15 ^оС, t_max=35:47 ^oC, t_opt = 30:45 ^oC), а затем термофильных микроорганизмов (t_min = 40:45 ^oC, t_max = 80^oC, t_opt = 55:75 ^oC). При проведении компостирования в условиях принудительной аэрации можно создать условия для преимущественного развития актиномицетов, выделяющих антибиотик Aetinomyces Streptomycine, которые подавляют многие бактерии, в том числе гнилостные и микробактерии.

Возрастание температуры внутри бурта лишает находящиеся в смеси семена сорняков всхожести и в значительной степени убивает болезнетворную микрофлору, личинки, яйца гильминтов, куколки мух. Продолжительность компостирования - 5-8 мес.

Для нормального протекания биотермических процессов необходимо соблюдать условия:

· Количество сухих веществ - 30-40%;

· Влажность - 70-75%;

· Соотношение С:N - от 20:1 до 30:1;

· рН среды 6,0-8,0;

При соблюдении этих требований температура внутри бурта поднимается до 55-60 ^оС и выше, вплоть до 70 ^оС. Через две недели содержимое бурта необходимо перемешать для достижения биотермического процесса во всех слоях компостируемой смеси.

Содержание влаги в компосте на торфяной основе (торфо-иловой смеси) - 70%; фосфора на АСВ - не менее 0,5%. Угол естественного откоса бурта - 36-43%.

Чтобы компостируемая масса не замерзла, каждый штабель зимой закладывают в течение возможно короткого времени (1-2 дня) и укрывают слоем торфа толщиной 30 см. для повышения температуры в бурте в целях более интенсивного проведения биохимических процессов целесообразно использовать солому.

Для торфо-навозных компостов применяется как верховой, так и низинный торф. В зависимости от степени разложения и влажности торфа установлены определенные соотношения между торфом и навозом. Отходы боен, навоз и фекалии перемешиваются с торфом, который хорошо поглощает аммиак. Жидкий компонент добавляется путем наполнения борозд глубиной 15-20 см на расстоянии 1 м друг от друга. Влажность компоста должна быть 60-70%. Компост закладывается в бурты шириной 8-10 м и высотой 1,5-2 м. Компоненты укладываются слоями по 5-10 см. Вниз закладывается торф, обладающей большей влагоемкостью. Кислотность торфа понижается добавлением извести. Через 2-3 недели проводится первое перемешивание и спустя еще примерно 2 недели - второе перемешивание. В начале процесса температура в буртах повышается до 60-65^оС, а затем понижается до 25-30 ^оС. Процесс ферментации длится около 2 месяцев.

По истечении этого срока полученный компост после проведения контрольных анализов, указывающих на отсутствие в нем содержания токсичных веществ, можно использовать в качестве органоминерального удобрения.

4.3 Торфяная промышленность в Беларуси

4.3.1 Историческая справка

Торфяная отрасль республики имеет вековую историю. Первая промышленная разработка торфа в Беларуси начата в 1896 году. До 1960 года торф в Беларуси оставался основным видом топлива, на котором работало большинство электростанций.

Строительство и введение в эксплуатацию брикетных заводов в 60-х годах позволило довести объемы производства брикетов в 1974 г. до 2,412 млн. тонн, что является рекордным показателем за всю историю торфяной промышленности республики. Максимальная добыча торфа достигнута в 1974 году - 16,8 млн. тонн, из них 9,1 млн. тонн топливного торфа и 7,7 млн. тонн торфа для нужд сельского хозяйства.

С конца 70-х годов происходит постепенная переориентация объектов энергетики, населения республики, с заменой торфа на другие виды топлива - газ и мазут. Торфяное топливо планомерно исключается из теплоэнергетики, и к 1986 г. сжигание его на электростанциях и ТЭЦ прекращается. Вследствие чего происходит сокращение объемов добычи торфа и производства брикетов. Так, в 2001 году эти показатели составляли, соответственно, 2,0 и 1,1 млн. тонн.

4.3.2 Торфяная промышленность на современном этапе

Торф является одним из немногочисленных местных топливно-энергетических ресурсов. Его доля в общем объеме местных топливно-энергетических ресурсов составляет около 15 процентов. В энергетическом балансе республики доля торфа составляет 2 3 процента. Использование торфа позволяет ежегодно замещать в экономике республики до 590 млн. м³ импортируемого природного газа стоимостью 107,7 млн. долл. США.

Кроме этого, производимые из торфа топливные брикеты являются социально значимым продуктом, так как используются в качестве коммунально-бытового топлива на объектах социальной сферы и более чем в 200 тыс. домовладениях небольших городов и сельских населенных пунктов республики. В целом теплом и электроэнергией из торфа обеспечивается около 1 млн. жителей нашей страны.

Минэнерго проводится постоянная работа по увеличению использования торфа в республике и поиску альтернативных направлений экспортных поставок торфяной продукции.

Модернизация организаций торфяной промышленности начата в 2001 году. Начиная с 2002 года, Минэнерго утвержден ряд программ по оздоровлению и развитию организаций торфяной промышленности.

С 2008 года дальнейшее развитие организаций определено Государственной программой «Торф» на 2008-2010 годы и на период до 2020 года.

В настоящее время торфяная промышленность в системе Минэнерго представлена 26 торфодобывающими и 4 машиностроительными организациями, занимающимися добычей торфа и производством торфяной продукции (брикеты топливные, грунты питательные (более 50 наименований), торф верховой, удобрения жидкие, торф кусковой топливный, горшочки торфяные), производством специального технологического оборудования. Работает проектный научно-исследовательский институт РУП «Белниитоппроект», который выполняет для торфопредприятий весь комплекс работ - от разработки проектов до внедрения новых технологий и оборудования.

За период реализации Госпрограммы «Торф» обеспечен рост объемов добычи торфа и производства топливных брикетов, в полном объеме удовлетворена потребность республики в торфяном топливе, снижен износ основных фондов организаций торфяной промышленности с 70,2 до 44 процентов. Ежегодный объем выручки возрос с 27,5 млн. долл. США в 2002 году до 86,2 млн. долл. США в 2013 году.

Рост объемов добычи торфа и производства топливных брикетов достигнут при оптимизации количества работающих торфобрикетных производств с 24 (2002 г.) до 19 (2013 г.). В настоящее время численность работающих в торфяной отрасли составляет более 5,5 тыс. человек. Торфобрикетные производства расположены в сельских населенных пунктах и являются для них градообразующими.

В рамках выполнения Госпрограммы «Торф» ведется постоянная работа по реконструкции и модернизации торфобрикетных производств.

В результате реализованных мероприятий Госпрограммы «Торф», организации торфяной отрасли Минэнерго располагают производственными мощностями и технологическими возможностями, которые позволяют увеличить ежегодный выпуск топливных брикетов до 1 млн. 400 тыс. тонн.

В последние годы объем добычи торфа составляет 2,6 - 3,0 млн. тонн, из них 2,3 - 2,7 млн. тонн торфа фрезерного для производства брикетов (производство брикетов топливных 1,2 - 1,4 млн. тонн); 112 - 131 тыс. тонн торфа фрезерного топливного (поставка на ТЭЦ и котельные); 90 - 131 тыс. тонн торфа верхового (производство торфа кипованного 71 - 81 тыс. тонн, грунтов 9 - 16 тыс. тонн); 14 - 20 тыс. тонн торфа кускового; 20 - 25 тыс. тонн торфа для приготовления компостов (использование в сельском хозяйстве).

В Беларуси находится около 9 тысяч торфяных месторождений, общая площадь которых 2,4 млн. га. Общие геологические запасы торфа в республике оцениваются в 4 млрд. тонн.

Организации торфяной промышленности Минэнерго разрабатывается 44 торфяных месторождения. Отведено 17,4 тыс. га площадей торфяных месторождений (0,72% от общей площади торфяных месторождений) с запасами торфа в количестве 33,5 млн. тонн (0,84% от общих запасов торфа в республике).

В республике основная часть торфа и топливных брикетов (более 50%) используется в качестве коммунально-бытового топлива населением, также торфяное топливо используется на тепловых электростанциях, котельных различного назначения (школы, больницы и др.).

Число энергетических объектов республики, использующих торфяное топливо, растет с каждым годом. За 2013 год организациями Минэнерго поставлено 88,6 тыс. тонн торфа топливного.

Объемы поставки торфа топливного на объекты энергетики в 2013 году, по сравнению с 2008 годом, выросли в 1,8 раза.

Начиная с 2009 года, организованы поставки топливных брикетов на объекты энергетики. За 2013 год организациями ГПО «Белтопгаз» поставлено на энергоисточники ГПО «Белэнерго» 43,6 тыс. тонн брикетов.

С 2010 года организованы поставки топливных брикетов на цементные заводы республики. За период 2010-2013 г.г. поставлено 207,6 тыс. тонн брикетов.

Общий объем торфяного топлива, поставленного организациями Минэнерго в 2013 году на объекты энергетики, ЖКХ, населению и цементные заводы составил 409,6 тыс. у.т., что эквивалентно замещению 397,8 млн. м³ природного газа. Увеличение использования торфяного топлива обусловлено высокой эффективностью его сжигания и позволяет заменить импортируемые природный газ и уголь.

4.4 Торфяная продукция

Торф - природный органический материал, образовавшийся тысячи лет назад при разложении в условиях сильной обводненности и отсутствия воздуха лесной, травяной и моховой растительности. Он имеет уникальные разнообразные свойства и направления использования.

Торф незаменим при разрешении следующих проблем: [19]

1. Формирование структуры почвы

Внесение торфа - оптимальный способ улучшения характеристик почвы (пористости, плотности, воздухоемкости, влагоемкости, микробиологического и питательного состояния грунта).

2. Повышение плодородия почвы

Входящие в состав торфа органические и минеральные составляющие положительно влияют на урожайность. Внесенный в почву торф постепенно отдает содержащиеся в нем питательные вещества, делая их доступными растениям и микроорганизмам. В то же время, обладая высокой поглотительной способностью, торф предотвращает вымывание элементов питания растений атмосферными осадками.

Непревзойденными преимуществами торфа и торфяной продукции являются:

- чистота и стерильность; полностью отсутствуют патогенная микрофлора, болезнетворные микроорганизмы, техногенные загрязнения и семена сорных трав;

- влагоемкость и воздухоемкость (рыхлость и сыпучесть материала) при высокой ионообменной способности позволяет адсорбировать и удерживать оптимальное соотношение влага-воздух, постепенно отдавать растениям элементы минерального питания;

- содержание в составе натуральных природных гуминовых кислот, обладающих стимулирующим действием на развитие растений и полезной микрофлоры.

Из торфа производится большое количество торфяной продукции предназначенной для промышленного использования и в качестве товаров народного потребления для населения: различных грунтов, субстратов, почвенных заменителей, подкормок, удобрений, формованной и прессованной продукции. Некоторые виды торфяной продукции приведены ниже: [25]

Микропарник торфяной предназначен для выращивания в домашних условиях и на приусадебных участках рассады овощей, зеленых культур (лука, салата и др.), различных комнатных и декоративно-лиственных растений, летних цветов. Микропарник применяют для оформления помещений, окон, балконов, террас, подпорных стенок, газонов. Уход за растениями состоит в умеренном поливе(1-2 раза в неделю).

Грунт «Садовая земля» является полноценным растительным субстратом готовым к применению в качестве растительной земли в овощеводстве открытого и защищенного грунта или в качестве улучшителя почвы для выращивания растений в домашних и на приусадебных участках. По уровню питания грунт пригоден для выращивания широкого набора растений: рассады овощей и цветов, цветущих и декоративно-лиственных домашних растений, летников и многолетников открытого грунта, в качестве подкормки растений.

Торфяной субстрат «Аурумторф» представляет собой просеянный верховой торф низкой степени разложения с добавками извести и питательных элементов и является идеальным средством для овощеводства, цветоводства, выращивания рассады и саженцев. Субстрат универсален по составу и уровню питания растений и может использоваться в качестве рассадного грунта для заполнения любых горшочков, контейнеров и емкостей, как мульчирующий материал в садах, как основной компонент тепличных грунтов и смесей в теплицах и парниках.

Торфяные полые горшочки предназначены для выращивания рассады овощных, декоративных, цветочных, плодовых и лесных культур преимущественно в защищенном грунте. Они обладают достаточной механической прочностью, как в сухом, так и во влажном состоянии. Стенки горшочков сохраняют первоначальную форму в течение периода выращивания рассады, легко смачиваются водой, корни растений свободно прорастают через их дно и стенки.

Для выращивания рассады растений горшочки заполняются питательным субстратом, который после посева семян увлажняется. Растения высаживаются в грунт вместе с горшочком, что предохраняет корневую систему от повреждения, обеспечивая высокую приживаемость и ускоренное развитие растений.

Прессованный питательный грунт “Фиалка” предназначен для выращивания различных сельскохозяйственных культур и заполнения различных емкостей (горшочков, стаканчиков, ящиков). После замачивания прессованный питательный грунт превращается в рассыпной субстрат, являющийся полноценным заменителем садовой почвы, также может быть использован в качестве грунта для выращивания рассады различных культур в домашних условиях или на садовом участке. Наличие комплекса микро и макроэлементов обеспечивает развитие растений и исключает какую-либо предварительную подготовку грунта перед использованием.

Торфяные прессованные брикеты представляют собой спрессованные из верхового растительного торфа таблетки без оболочки и предназначены для выращивания на водонепроницаемом поддоне рассады овощных, цветочных и других культур или заполнения торфяных полых горшочков, стаканчиков или другой мелкой тары. При постепенном насыщении влагой через основание брикет увеличивается по высоте в 4-5 раз без разрушения.

Гранулированные торфогуминовые удобрения “Тогум” являются комплексными органоминеральными удобрениями пролонгированного действия и предназначены для выращивания овощных, цветочных, декоративных, лесных и других культур в открытом и защищенном грунте, выращивания и ухода за газонами. Наличие в составе удобрений гуматов калия способствует лучшему усвоению растениями минерального питания, снижению заболеваемости и улучшению качества продукции, в частности, уменьшению нитратонакопления и получению экологически чистой продукции, особенно ранних овощей и зелени.

Торф верховой моховой низкой степени разложения, широко используемый для приготовления различных питательных грунтов и смесей для защищенного грунта теплиц при выращивании овощей, зелени, цветов и рассады. Торф имеет ярко выраженную волокнистую структуру, высокую водоудерживающую, ионообменную и газопоглотительную способность и теплоизоляционные свойства; не содержит болезнетворных микроорганизмов, патогенной микрофлоры и семян сорных трав. Используется садоводами для приготовления торфофекальных, торфорастительных компостов и утилизации бытовых отходов и стоков. Широко используется в животноводстве и птицеводстве в качестве подстилки для содержания животных и птиц, как утеплитель и поглотитель выделений и запахов.

Активированная подкормка “Тюльпан” используется для подкормки всех видов овощных, ягодных, цветочных культур открытого и защищенного грунта, комнатных растений и газонных трав. Применяется для замачивания семян, улучшения рассадного грунта, корневой и внекорневой подкормок, для предотвращения бактериальных заболеваний растений.

Плиты сухого прессования (ПСП) - это спрессованный верховой торф, используемый в качестве грунта. Размер плиты ПСП - 300х300х50 мм. После насыщения влагой увеличивается в размере в 3-4 раза по высоте. Предназначены для выращивания овощных культур в малообъемном слое грунта в теплицах с капельным подводом питания растений.

Содержит верховой торф низкой степени разложения и известковые материалы для нейтрализации его кислотности. Может использоваться для улучшения структуры почвы, повышения содержания гумуса в почве, в виде покрывала для зимующих в почве культур и цветов.

Торфяную землю готовят из верхового, низинного или переходного торфа. Низинный торф богат питательными веществами, обладает небольшой кислотностью и не требует известкования. Лучшая торфяная земля получается из мелкого торфа верхних слоев. Готовая торфяная земля очень рыхлая легкая и гигроскопична. Она значительно улучшает физические свойства земляных смесей, в которые входит, делая их рыхлыми. Добавляя эту землю в смесь, ее необходимо хорошо увлажнить, чтобы вытеснить воздух, который содержится в ней в большом количестве. [24]

В торфяной земле лучше развивается корневая система растений, а черенки быстрее укореняются. Эту землю используют для мульчирования почвы для посева мелких семян, а также при черенковании растений создавая из нее нижний слой.

Лучшая торфяная земля получается из верхних слоев мелкого торфа.

Добавляя эту землю в смесь, ее необходимо хорошо увлажнить, чтобы вытеснить воздух, содержащийся в ней в большом количестве.

Используют торфяную землю в различных смесях. Тяжелые дерновые земли она делает более рыхлыми, а легким песчаным придает связность и влагоемкость. Из нее изготавливают торфо-перегнойные горшочки. Подходит для посева мелких семян.

Торфяная земля образуется при разложении болотного торфа. Торфяная земля рыхлая, питательная, состоит из медленно разлагающихся органических остатков. Лучше всего среднеразложившийся торф. Высокая влагоемкость обеспечивает более равномерное испарение и просыхание земляного кома.

Торфяная земля используется для выращивания растений-эпифитов, а также тех, которые требуют повышенной кислотности.

Заготавливают ее из так называемого болотного чернозема - сырого торфа моховых болот, складывая в низкие штабеля высотой до 70 см. В течение весенне-летнего периода 3-4 раза перелопачивают на протяжении 2-3 лет, так как в плохо выветренной торфяной земле содержатся вредные для растений кислоты. На воздухе эти кислоты переходят в нейтральные соединения и теряют свои вредные свойства. Для уменьшения кислотности можно также внести на 1 м³ торфа 25 кг фосфоритной муки либо 12 кг древесной золы или извести. Если землю приготавливают для посадки взрослых растений, то летом ее поливают один раз раствором навозной жижи из расчета 3 ведра раствора на 1 м³ торфа.