Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Открытая разработка месторождений полезных ископаемых

Диссертационная работа:

Иванов Валерий Николаевич. Процессы переноса и поглощения компонентов минеральных удобрений в торфе : ил РГБ ОД 61:85-5/2690

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ б

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПОГЛОЩЕНИЯ И
ПЕРЕНОСА. ИОЮВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ В ТОРФЕ И ОБОС
НОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 14

  1. Процессы сорбции и миграции ионов минеральных удобрений в торфе, торфяных и минеральных почвах ..... 14

  2. Математическое моделирование процессов сорбции и переноса водорастворимых веществ в почво-грунтах ... 32

  1. Математические модели массопереноса водорастворимых веществ в пористых средах 33

  2. Краевые условия и методы определения параметров мас-сообмена 41

1.3. Цель и задачи исследований 45

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 48

  1. Выбор объектов исследований и их характеристика . . 48

  2. Отбор и подготовка образцов торфа и почвы ненарушенной структуры к экспериментам 51

  3. Методика и устройства для изучения фильтрации жидкостей через образцы торфа 54

  1. Установка для определения коэффициента фильтрации образцов торфа ненарушенной структуры 54

  2. Установка для изучения фильтрации жидкостей через слабопроницаемые образцы торфа 58

  1. Методики и установки для изучения поглощения ионов минеральных удобрений торфом и почвой в динамических условиях 60

  2. Методика проведения лизиметрических исследований в полевых условиях на торфяных почвах 73

  1. Методики, использованные для химических анализов фильтратов и определения физико-химических свойств исследованных объектов ....... 77

  2. Методики определения гидрохимических параметров массопереноса и -обмена ионов минеральных удобрений

в торфе 78

  1. Существующие методики нахождения одного-двух параметров массопереноса ............... 78

  2. Методика определения гидрохимических параметров переноса в торфе ионов минеральных удобрений по выходным кривым ионов 81

  3. Методика определения гидрохимических параметров переноса в торфе и почвах ионов минеральных удобрений в

полевых условиях . 82

3. ПОГЛОЩЕНИЕ И ПЕРЕНОС ИОНОВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ В
ПОЧВАХ (МОДЕЯЬШЕ ОПЫТЫ) 88

  1. Изотермы сорбции дерново-подзолистыми почвами ионов минеральных удобрений 88

  2. Математические модели для описания процессов переноса компонентов минеральных удобрений в почве 96

Выводы по главе 3 105

4. ПОГЛОЩЕНИЕ И ПЕРЕНОС ИОНОВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ В

ТОРФЕ 108

4.1. Вымывание питательных веществ из торфа и почвы . . 108

  1. Исследование процессов вымывания водой аммонийного азота из аммонизированных торфов и минеральных почв, заправленных торфяными удобрениями . 109

  2. Вымывание калия из торфа и дерново-подзолистой почвы, оструктуренной торфом 118

4.2. Прогнозирование процессов поглощения и переноса

ионов минеральных удобрений в торфе с помощью ЭВМ 127

  1. Примеры расчетов миграции ионов минеральных удобрений в торфе 128

  2. Прогнозирование переноса ионов минеральных удобрений по профилю торфа 132

4.3. Поглощение торфом основных питательных веществ . . 145

4.3.1. Изотермы поглощения ионов минеральных удобрений

торфом и торфяными почвами 145

4.3.2. Влияние плотности скелета торфа на поглощение им

калия 150

4.3.3. Зависимость гидрохимических параметров переноса
ионов минеральных удобрений от плотности скелета

торфа 153

4.3.4. Влияние соотношения между массами торфа и раствора
минерального удобрения на поглощение ионов .... 156

4.4. Исследование влияния торфа на поглотительную способ
ность дерново-подзолистой почвы 159

4.4.1. Повышение сорбционных свойств дерново-подзолистой

почвы путем внесения в нее торфа . 160

  1. Зависимость гидрохимических параметров переноса ионов минеральных удобрений от количества вносимого торфа ' 162

  2. Изучение влияния способа внесения торфа в дерново-подзолистую почву на гидрохимические параметры переноса питательных веществ 164

  3. Исследование поглотительной способности торфо-мине-ральных смесей на образцах одинакового объема . . . 168

Выводы по главе 4 173

5. ПРОЦЕССЫ МИГРАЦИИ ИОНОВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ В
ТОРФЕ И ТОРФЯНЫХ ГОЧВАХ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ (В ЛИЗИ
МЕТРАХ) 176

  1. Вымывание питательных веществ из торфяных почв в лизиметрах 176

  2. Прогнозирование передвижения компонентов хлористого калия по глубине торфа на ЭВМ 182

Выводы по главе 5 198

6. НАПРАВЛЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ 199

  1. Методика определения рациональной дозы минерального удобрения для внесения в торф . . 199

  2. Использование на практике разработанных приборов и устройств 203

ВЫВОДЫ . 205

ЛИТЕРАТУРА 208

Приложения 240

Введение к работе:

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на І98І-І985 годы и на период до 1990 года" подчеркивается, что необходимо "значительно сократить использование торфа в качестве топлива на тепловых электростанциях. Более комплексно осваивать месторождения полезных ископаемых, не допуская их патерь при добыче и переработке" [і]'. В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР (1981 г.) "О дальнейшем развитии и повышении эффективности сельского хозяйства Нечерноземной зоны РСФСР в І98І-І9В5 годах" отмечается, что, учитывая большое значение местных удобрений в улучшении плодородия почв и повышении урожайности сельскохозяйственных культур, организациям Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР, Министерства сельского хозяйства СССР в І98І-І985 годах в Нечерноземной зоне РСФСР необходимо заготовить и вывезти 424 млн*, т торфа [з].

Торфяным ресурсам отводится значительная роль в Продовольственной программе СССР на период до 1990 года, принятой на майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС и разработанной в соответствии с решениями ХХУІ съезда КПСС^ В Продовольственной программе подчеркивается, что "необходимо ';' расширить объемы работ по приготовлению компостов с использованием торфа, известковых материалов, фосфоритной муки и других удобрений. Увеличить применение органических удобрений в колхозах и совхозах в 1985 году до 1,2 млрд,; т и в 1990 году не менее, чем до 1,5 млрд. т. Довести в двенадцатой пятилетке добычу торфа для приготовления компостов и на подстилку не менее, чем до 17 О млн. т в год" [4].

Учитывая важность органических удобрений в повышении плодородия земель,, следует поставить на промышленную основу в государственном масштабе их производство так же, как организовано сей-

час производство минеральных удобрений1. Следует значительно расширить номенклатуру выпуска удобрений на торфяной основе, чтобы можно было дифференцированно вносить их в почву в зависимости от состояния полей и потребности сельскохозяйственных культур в элементах питания.

Существенный вклад в решение задач, поставленных партией и правительством, вносят торфопредприятия Министерства топливной промышленности РСФСР. Они только для колхозов и совхозов Нечерноземной зоны РСФСР в 11-й пятилетке должны добыть 139,5 млн. т торфа, что в 1,6 раза больше, чем в 10-й пятилетке [217]. Кроме того, на торфопредприятиях стали организовываться подсобные хозяйства, что также является практическим вкладом работников торфяной промышленности в решение Продовольственной программы'. Большой опыт создания подсобных хозяйств накоплен торфопредприятиями объединения "Кирторф" [209], чему способствовали исследования Кировской лугоболотной станции [54, 101 ].

В последние годы значительно расширилось строительство специализированных предприятий по промышленной добыче торфа для сельского хозяйства прежде всего в Нечерноземной зоне [262]. Добыча торфа для сельского хозяйства предусматривается и на новых предприятиях, где торф будет добываться и для других целей.

При производстве торфяной продукции для сельского хозяйства в больших размерах применяются минеральные удобрения. Они используются при производстве различных видов ТМАУ, торфяного теплично-парникового грунта, торфоблоков и другой продукции. Кроне того, ежегодно увеличиваются площади выработанных торфяных месторождений, а также осушенных торфяных почв. Торфяной промышленности РСФСР предстоит выполнить в П-й пятилетке торфотехнические работы на выбывших из эксплуатации полях общей площадью свыше

8 70 тыс. га. Намечено осуществить подготовку к использованию части выработанных торфяных месторождений для травосеяния [217]. Использование этих площадей в сельскохозяйственном производстве немыслимо без применения минеральных удобрений.

Однако, высокая эффективность удобрений возможна лишь при правильном внесении их. Кроме того, эффективность используемых удобрений зависит не только от их количества и качества, но и от свойств торфяной почвы и условий ее увлажнения. Эффективность применяемых минеральных удобрений тесно связана с поглощением и передвижением питательных веществ в торфе.

В торфяных почвах процессы выноса компонентов минеральных удобрений еще мало изучены. Поэтому для понимания процессов взаимодействия минеральных удобрений с торфом и торфяными почвами имеет большое научное и практическое значение изучение их поглотительной способности, что является основой для разработки и внедрения научно обоснованных схем приготовления торфо-минеральных удобрений, а также систем земледелия и мелиорации применительно к условиям различных почвенно-климатических зон нашей страны и каждого конкретного торфяного месторождения.

Знание поглотительной способности торфа и торфяных почв по отношению к различным компонентам минеральных удобрений необходимо и для предотвращения вымывания инфильтрующимися атмосферными осадками удобрений в осушительную сеть торфяного месторождения и далее по магистральному каналу в водоприемники. Это может приводить к загрязнению водоисточников и нарушению экологического равновесия.

Как известно, увеличение содержания питательных элементов в открытых водоемах в настоящее время наблюдается во всех странах, где ведется широкое применение удобрений. Увеличение минерализа-

9
ции дренажного стока при освоении торфяных месторождений и осо
бенно при их сельскохозяйственном использовании в различных реги
онах страны отмечено рядом исследователей. Содержание минеральных
компонентов в стоковых водах торфопредприятий растет по мере уве
личения сроков осушения как верховых, так и низинных залежей и
может оказать отрицательное влияние на органолептические свойства
водоприемников, способствовать, нарушая кислородный и водный ре
жимы, их загрязнению, заиливанию и зарастанию
[62, 203J. В ре
зультате внесения минеральных удобрений увеличивается содержание
таких ионов, как
в торфяно-болотных во-

дах окультуренных низинных месторождений [203J.

В связи с вышеуказанным, актуальной задачей является исследование количественных закономерностей процессов передвижения и поглощения компонентов минеральных удобрений в торфе. Под компонентами минеральных удобрений в данной работе подразумеваются катионы и анионы, образующиеся в результате диссоциации удобрения в воде. Так, например, в случае использования хлористого калия (KCI) это будут катионы калия (К+) и анионы хлора (С1~).

Получение количественных оценок явления переноса ионов минеральных удобрений возможно на основе математического моделирования с привлечением законов физико-химической гидродинамики. Математическое моделирование изучаемых явлений позволяет делать обобщения на базе относительно малого числа полевых и лабораторных экспериментов, прогнозировать развитие процессов массопереноса и направленно организовать управление ими при осуществлении мелиоративных мероприятий. Эти вопросы в настоящее время пока еще недостаточно разработаны и освещены в литературе.

Целью диссертационной работы являлось установление количественных закономерностей процессов поглощения и переноса ионов минеральных удобрений в торфе, торфяных и торфо-минеральных почвах

10 для повышения эффективности использования их в сельском хозяйстве. В результате исследований:

разработаны методики проведения экспериментов на образцах торфа ненарушенной структуры для последующего расчета изотерм поглощения ионов минеральных удобрений в динамических условиях;

разработаны приборы и устройства, необходимые при выполнении экспериментов по разработанным методикам, а также для отбора образцов торфа и торфяных почв ненарушенной структуры и проведения на них опытов по определению гидрохимических параметров переноса ионов минеральных удобрений;

выбраны математические модели для количественного описания процессов поглощения и переноса ионов минеральных удобрений;

разработаны и апробированы методики определения гидрохимических параметров переноса - коэффициентов дифференциальных уравнений математических моделей;

установлено влияние добавок торфа на поглотительные свойства дерново-подзолистых почв и на вымываемость из них ионов минеральных удобрений;

установлено влияние уплотнения торфа на его поглотительные свойства и на гидрохимические параметры переноса ионов минеральных удобрений;

разработана методика определения рациональной дозы минеральных удобрений для внесения в торф при приготовлении органоминеральных удобрений с целью экономного использования торфяных ресурсов;

лизиметрическими исследованиями установлены закономерности вымывания минеральных компонентов из торфа и торфо-минеральных почв при выращивании различных сельскохозяйственных культур.

В 1-й главе диссертационной работы рассматривается современ-

ное состояние изученности физических процессов переноса ионов минеральных удобрений в торфе. На основе подробного анализа литературных источников выявлены вопросы, решение которых в настоящее время является чрезвычайно актуальным. В конце главы сформулирована цель диссертационной работы и вопросы, которые необходимо было разрешить для достижения поставленной цели.

Во 2-й главе приведены методики, с применением которых выполнены исследования. Описаны устройства, разработанные автором, для проведения экспериментов.

В 3-й главе диссертационной работы рассматриваются результаты экспериментов, выполненных автором, на модельных средах - дерново-подзолистых почвах. Поскольку, одной из задач исследований являлось установление влияния торфа на поглотительные свойства дерново-подзолистых почв, то необходимо было определить количественные значения гидрохимических параметров для них. Эти параметры характеризуют поглотительные свойства дерново-подзолистых почв, преобладающих в Нечерноземной зоне СССР. Исследовалось поглощение ионов минеральных удобрений образцами дерново-подзолистых почв ненарушенной структуры из растворов минеральных удобрений различных концентраций при их фильтрации через почву. Изучена динамика вымывания из почв водой ионов минеральных удобрений. Применялись широко используемые удобрения: хлористые калий и аммоний, аммиачная, калийная и кальциевая селитры, аммофос, суперфосфат, фосфорнокислый калий.

В 4-й главе приведены изотермы поглощения ионов минеральных удобрений торфом и торфяными почвами, полученные в динамических условиях проведения опытов. Исследовано вымывание ионов минеральных удобрений из торфа. Для количественного описания процессов переноса ионов удобрений приводятся математические модели, учитыва-

12 ющие поглотительные свойства торфа. Изучено повышение сорбционных свойств дерново-подзолистой почвы в результате внесения в нее добавок торфа как в статических, так и в динамических условиях опыта. Исследованы различные способы внесения торфа в почву. Даны примеры расчетов переноса ионов в торфе с использованием предлагаемых математических моделей, выполненных на ЭВМ.

В 5-й главе рассматриваются результаты полевых лизиметрических исследований миграции ионов минеральных удобрений в торфе. Приведены данные по вымыванию различных ионов из лизиметров с торфом и торфо-минеральными почвами. Показана удовлетворительная сходимость прогнозных расчетов на ЭВМ с использованием предложенных математических моделей и опытных замеров концентраций калия и хлора в поглощающем комплексе и поровом растворе торфа по профилю лизиметров.

В 6-й главе диссертационной работы даны направления практического использования результатов исследований процессов переноса ионов минеральных удобрений в торфе. Приводятся разработанные диссертантом методики, приборы и устройства, которые уже применяются в производственных, проектных, учебных и научно-исследовательских организациях.

Диссертационная работа выполнялась автором в течение 1974-1984 гг. на кафедрах физики и химии торфа и гидромелиорации Калининского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института в соответствии с планом важнейших НИР КПИ (по проблемам ГКНТ СССР 0.52.01 и 0.71.03) в периоды обучения в институте, работы после окончания ВУЗа в НИСе КПИ и учебы в очной аспирантуре. Автор выражает благодарность за помощь и поддержку при выполнении работы сотрудникам кафедр теоретической механики, гидромелиорации, физики и химии торфа, особенно,кандидату технических наук старшему науч-

ІЗ ному сотруднику Косову В.И., кандидату технических наук ассистенту женихову Ю.Н., кандидату физико-математических наук доценту Клыкову В.Е. и др.

Автор благодарит научных руководителей - доктора технических наук профессора Шульгина Д.Ф. и кандидата технических наук доцента Базина Е.Т. за постоянный интерес к работе и своевременное консультирование по возникавшим вопросам.

Подобные работы
Булганина Валентина Николаевна
Технологические процессы обработки торфа и торфоминеральных смесей безводным аммиаком
Сухоиванов Алексей Юрьевич
Моделирование процессов переноса в атмосфере и воздействия на окружающую среду вредных продуктов горения, образующихся при пожаре
Капырин Иван Викторович
Трехмерное моделирование процессов переноса примесей в пористых средах сложной структуры
Колюхин Дмитрий Романович
Статистическое моделирование процессов переноса в случайных полях скоростей на примере пористых и турбулентных сред
Розенцвайг Александр Куртович
Энергосберегающие структуры процессов переноса в сложных дисперсных системах
Скобелева Анастасия Александровна
Моделирование процессов переноса при создании и очистке трещины гидроразрыва
Васильев Юрий Владимирович
Моделирование процессов переноса и стратификации аэрозольных компонент в средней и верхней атмосфере Земли под действием гравитофотофореза
Рыжиков Дмитрий Александрович
Моделирование процессов переноса излучения и вещества
Тарасевич Юрий Юрьевич
Математическое моделирование фазовых переходов и процессов переноса в конденсированных средах сложного состава
Яровенко Иван Петрович
Математическое моделирование процесса переноса излучения в широком диапазоне энергий с приложениями к задачам оптической и рентгеновской томографии

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net