Диссертация (Экологическая оценка влияния различных гуминовых препаратов на состояние техногенно-измененных серых лесных почв), страница 11

частиц; Т – запорный клапан (вентиль) электромагнитныйРисунок 8 – Технологическая линия по производству гуминовых препаратовФГБНУ ВНИМС (Сорокин К.Н., 2015)Подготовка торфа осуществлялась путем отсева торфяной крошки сразмером частиц более 3 мм с помощью виброгрохота при исходной влажноститорфа. Далее торф измельчался в жидкой среде с использованием установкироторно-инерционного действия до размера частиц 150-100 мкм.Воздухоподготовка в технологическом процессе осуществлялась путем сушкивоздуха и очистки его от конденсата, масляных паров, механических и других60включений. Схема системы воздухоподготовки представлена на рисунке 9.Рисунок 9 ‒ Технологическая схема воздухоподготовки и воздухоснабжения реактораЖидкостные дозаторы щелочи и коагулянтов подключались к сети сжатоговоздуха для создания постоянного давления в дозаторах с целью равномернопостоянной выдачи жидких агентов в реактор и промежуточную емкость.Водоподготовкадляпроцессапроизводствагуминовыхпрепаратовосуществлялась с использованием устройства, стабилизирующего воду по ионномусоставу и блока фильтров очистки сетевой водопроводной воды от механическихвключений, масляных примесей, соединений хлора и др.

Схема установкиводоподготовки представлена на рисунке 10.611 ‒ блок фильтров водоподготовки; 2 ‒ блок ионообменной подготовки воды; 3 ‒ реакторэкстракции; 4 ‒ промежуточная емкость; 5 ‒ фильтрующее устройство; 6 ‒ мерная емкость - дозатор длящелочи; 7 ‒ мерная емкость - дозатор для коагулянтовРисунок 10 ‒ Схема системы водоподготовки и водоснабжения реактораПринцип работы стабилизирующего устройства в составе системыводоподготовки основан на замещении ионов солей в составе обрабатываемойводы ионами натрия (Na+) и хлора (Cl-) при последовательном пропуске ее черезкатионообменную и анионообменную смолы.Подготовленная таким образом, ионизированная и очищенная водаподавалась в реактор экстракции, далее включались трубчатые электронагревателии осуществлялся нагрев воды в реакторе.

При достижении температуры воды 80 °Св реактор равномерно вводилась подготовленная торфяная суспензия свключением барботажного устройства.При производстве «Гумата калия» к обрабатываемой торфяной суспензиичерез жидкостный дозатор добавлялась щелочь – гидроксид калия (КОН),отвечающий нормативным требованиям.62Прииспользованиитехнологииультразвуковогодиспергированияподготовленная и нагретая в реакторе до 45°С однородная гидратизированнаясуспензия торфа подавалась в ультразвуковой диспергатор, генерация ультразвукав котором осуществлялась при помощи газоструйных генераторов, работающих отсети.

Схема газоструйного ультразвукового генератора представлена на рисунке11.1 ‒ корпус; 2 ‒ фильера; 3 ‒ стержень; 4 ‒ преобразователь;5 ‒ резонатор; 6 ‒ штуцер подачи сжатого воздуха; 7 ‒ штуцер подачи суспензии торфа; 8 ‒штуцер выходной; С ‒ кольцевой паз; К ‒ камераРисунок 11 – Принципиальная схема газоструйного ультразвукового генератора(Сорокин К.Н., 2015)Перистальтическим шланговым насосом приготовленная в реакторе суспензияторфа под давлением подавалась в диспергатор через штуцер к кольцевому пазу и налепестковый резонатор.При прохождении торфяной суспензии через кольцевой зазор происходит ееобработка звуковым сигналом, поступающим от акустического преобразователя налепестковый резонатор.

Данные процессы сопровождаются образованием в зазоре63кавитационного поля большой силы, которое и воздействует на водно-торфянуюсуспензию, что приводит к преобразованию сырья. При повторном прохождениисуспензии торфа через кольцевой зазор происходит более глубокая ее обработка.После завершения процесса экстракции, полученные балластные продуктыподавались на фильтрующее устройство многоступенчатой очистки (приложениеБ).

На первой ступени осуществлялась грубая очистка препаратов отнерастворимых включений, где в качестве фильтра использовалась металлическаясетка с размером ячеек 0,7 мм. Вторая ступень очистки служила дляотфильтровывания остатков взвешенных частиц, суглинков, волокно-волосяныхи иных включений, где в качестве фильтра применялась полипропиленовая сетка сразмером ячеек 0,25 мм. На третьей ступени осуществлялась тонкая очисткапрепарата от мелкодисперсных илисто-глинистых частиц размером 5-50 мкм, гдефильтром являлась хлориновая ткань (по ТУ РФ-17-3810-69).Очищенные указанным образом гуминовые препараты подавались наразливочно-фасовочное устройство.2.2.2. Методы исследования структурно-группового состава гуминовыхпрепаратовДля изучения структурно-группового состава полученных исследуемыхгуминовых препаратов применялся метод спектроскопии ядерного магнитногорезонанса на ядрах углерода-13 (ЯМР13С).

Для проведения исследований всегуминовые препараты были разделены на растворимую часть и осадок с помощьюцентрифугирования (10 000 об./мин. х 10 мин.). Супернатант, содержащийрастворенныегуминовыевещества,былобессоленпропусканиемчерезкатионообменную смолу Amberlite IR 120, и затем высушен на роторномиспарителе.Выделение гуминовых веществ из водорастворимой части препаратовосуществлялось с использованием твердофазной экстракции на картриджах AgilentBond Elute PPL (объёмом 60 мл) согласно методике (Перминова И.В., 2000). Через64подготовленный картридж – промытый двойными объёмами метанола идистиллированной воды, подкисленной 0,1 М НСl до значения рН 2, – пропускалираствор гуминовых веществ, подкисленный до рН 2.

После сорбции гуминовыхвеществ картридж снова промывали двойным объёмом дистиллированной воды,подкисленной до рН 2, и высушивали. Сорбированные гуминовые веществасмывали с картриджа двойным объёмом смеси метанола и 25% раствора аммиака всоотношении 1:1. Метанольно-аммиачный раствор гуминовых веществ упаривалина роторном испарителе.Для проведения исследований, выделенных гуминовых веществ, методомспектроскопии ЯМР 13С навеску высушенного обессоленного образца массой 45 мграстворяли в 0,6 мл 0,3 М NaOD/D2O. Раствор после отделения осадка помещали в5 мм ампулу для ЯМР. Спектры ЯМР регистрировали на спектрометре Avance-400фирмы Bruker (Германия).

Для регистрации спектров ЯМР13С применялиимпульсную последовательность CPMG, при этом для исключения ядерногоэффекта Оверхаузера широкополосная развязка от протонов была отключена напериод релаксационной задержки (методика INVGATE). Время релаксационнойзадержки составило 7,8 с, общее число прохождений ~5000, время экспериментазанимало порядка 12 ч.Полученные спектры умножали на спадающую экспоненту для отсечения«шума», подвергали преобразованию Фурье и фазировали, выравнивая базовуюлинию, с использованием программного обеспечения MestreC.

Интегрированиеспектров осуществляли при помощи программного обеспечения Geltreat,разработанного А.В. Кудрявцевым.Интегрирование спектров ЯМР13С осуществляли согласно общепризнаннойметодике (Перминова И.В., 2000) по спектральным интервалам (миллионныедоли), приведенным в таблице 5.65Таблица 5 ‒ Основные диапазоны сигналов в ЯМР 13С спектре гуминовыхвеществ (Карпюк Л.А., 2008)Тип атомов углеродаОбозначениеДиапазон сигналов,м.д.Углерод алкильных звеньевCHn0-50CH3O50-58Преимущественно углеродCH2O58-65фрагментов полисахаридовCHO65-90ОСО90-110CAR110-145Углерод фенольных группCARО145-165Углерод карбоксильных групп–COO145-187Углерод карбонильных группC=O187-220Углерод метоксильных группфрагментов лигнинаУглерод ароматических колец,незамещённый или замещённыйалифатической группойПри проведении исследований в качестве дополнительного образцасравненияиспользовалигуминовыевещества,выделенныепометодикеМеждународного гуминового общества (МГО) из низинного торфа.2.2.3.

Методы исследования химического состава гуминовых препаратовСухой остаток анализируемых гуминовых препаратов определяли пообщепринятой методике в соответствии с ГОСТ 26713-85, зольность определяласьтермогравиметрическим методом по ГОСТ 26714-85. Кислотность гуминовыхпрепаратов определялась потенциометрическим методом по ГОСТ 11623-89,концентрация гуминовых и фульвовых кислот определялась пирофосфатным66методом Кононовой-Бельчиковой (Практикум по агрохимии, 2001).

Содержаниеобщего азота в гуминовых препаратах определялось фотометрическим методом всоответствии с ГОСТ 26715-85, общего калия пламенно-фотометрическим методомпо ГОСТ 26718-85, общего фосфора фотометрическим методом по ГОСТ 26717-85.Концентрация ионных форм калия (К+) и кальция (Са2+) в исследуемых гуминовыхпрепаратах определялась потенциометрическим методом при помощи иономера И160МИ с набором ионоселективных электродов.2.3.

Методика закладки и проведения вегетационных экспериментовДля исследования влияния анализируемых гуминовых препаратов наэкологическое состояние техногенно-измененных серых лесных почв былозаложено два вегетационных опыта.Целью вегетационного опыта № 1 являлось изучение влияния гуминовыхпрепаратов на экологическое состояние серых лесных почв, искусственнозагрязненных тяжелыми металлами в высоких концетрациях.Целью вегетационного опыта № 2 являлось изучение влияния гуминовыхпрепаратов на экологическое состояние серых лесных почв, с повышеннымсодержанием цезия-137.Для закладки вегетационного опыта № 1 были отобраны образцы серойлесной почвы с участка не подверженного прямому техногенному воздействию(Рязанский район Рязанской области). Для закладки вегетационного опыта № 2отбор образцов серой лесной почвы производился с участка, загрязненного, врезультате аварии на Чернобыльской АЭС, изотопом цезия-137 (Спасский районРязанской области). Отбор почвенных образцов осуществлялся с глубиныгумусового горизонта по общепринятой методике в соответствии с требованиямиГОСТ 17.4.3.01-83.Подготовка почвы к закладке вегетационных опытов заключалась вудалении из нее камней, корней и пожнивных остатков.67В опытах использовались вегетационные сосуды площадью 230 см 2,выполненные из химически инертного материала.