Торф – органическая порода, образующаяся в результате биохимического процесса разложения (отмирания и неполного распада) болотных растений при повышенной влажности и недостатке кислорода. Биохимические процессы, приводящие к образованию торфа, происходят в основном в верхнем (преимущественно до 0.5 м), так называемом торфогенном слое.
Торф является сырьем для получения многих ценных продуктов: топлива, теплоизоляционных плит, подстилочных материалов для животных, различных удобрений и грунтов, торфяных брикетов и горшочков для выращивания рассады. Торф ряда месторождений обладает целебными свойствами и используется в медицине.
Немного истории
Торф, каменный и бурый уголь, как и другие горючие ископаемые, были известны человеку еще в каменном веке. Обычно античные авторы обозначали твердые горючие ископаемые (угли, асфальт, озокерит, горючие сланцы) собирательным названием “битум”. Впервые под названием “антракос” (уголь) ископаемые угли описаны Теофрастом (III - IVв. до н. э.). От античности до средневековья включительно ученые считали, что ископаемый уголь существует испокон веков “от сотворения мира”. До первой трети XIX века некоторые естествоиспытатели относили ископаемый уголь к неорганическим образованиям.
Первая книга о торфе (“Трактат о торфе” Мартина Шока) вышла на латинском языке в 1658г. в г. Гронингене (Германия). В практике использования торфа книга имела большое значение, но в вопросах его происхождения содержала ряд неправильных выводов. Растительное происхождение торфа было неопровержимо доказано в 1729г. Дегнером, применившим для его изучения микроскоп. “Торф, - писал он, - представляет собой в действительности скопление бесчисленных цветущих, зеленеющих и растущих в стоячей воде болотных растений”.
Первые представления об угле, как продукте образовавшемся из растений, высказывались еще в античные времена Анаксимандром (VI – VII в. до н. э.) и Аристотелем (IVв. до н. э.). Однако, наиболее полно развить их удалось священнику Беролдингену, который в 1792г. дал схему последовательного перехода торфа в бурый и каменный уголь. Торф он разделил на дерновой, топяной и болотный, а уголь - на бурый и каменный, выделив в последнем разновидности, отражающие его естественный состав. Надо признать, что наука о горючих полезных ископаемых того времени поразительно отставала от других наук. Если в области первой раскрывались во многом почти очевидные явления, то, например, в физике уже была построена классическая механика, открыты электричество, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, разработана динамика абсолютно твердого тела и пр. Поэтому не случайно, что такой проницательный естествоиспытатель, как упомянутый Беролдинген, в то время еще считал, что причиной извержения вулканов являются подземные пожары в глубоко залегающих пластах каменного угля.
В России первые сведения о торфе появились в 18в. в трудах М. В. Ломоносова, И.Г. Лемана, В.Ф. Зуева, В.М. Севергина и др. В 19в. торфу, особенно его составу, были посвящены работы В.В. Докучаева, С.Т. Навашина, Г.И. Танфильева и др. Работами советских ученых-торфоведов выявлены географические закономерности распространения торфяных залежей, создана классификация их видов и типов, изучен химический и физический состав торфа. В этой области наиболее известны работы И. Д. Богдановской-Гиенэф, Е. А. Галкиной, Д.А. Герасимовой, В.С. Доктуровского, Е.К. Иванова, Н.Я. Кац, М.И. Нейгштадт, Н.И. Пьявченко, В.Н. Сукачева, С.Н. Тюремнова и др. Из числа последних работ особого внимания заслуживает монография В.Е. Раковского и Л.В. Пигулевской “Химия и генезис торфа”. Геохимические условия формирования болот в различных климатических областях детально и всесторонне рассмотрены А.И. Перельманом в книге “Геохимия ландшафта”.
В настоящее время наука о торфе и угле все еще переживает период постепенного накопления знаний в русле старой парадигмы. Но исподволь и незаметно идет работа в направлении перехода на качественно новый этап ее развития. Вероятно, произойдет он в скором будущем.
Генезис торфа
Торф - предшественник генетического ряда углей (по мнению ряда учёных). Место образования торфа - торфяные болота, встречающиеся как в долинах рек (поймы, террасы), так и на водоразделах.
Происхождение торфа связано с накоплением остатков отмершей растительности, надземные органы которой гумифицируются и минерализуются в поверхностном аэрируемом слое болота, называемом торфогенным горизонтом, почвенными беспозвоночными животными, бактериями и грибами. Подземные органы, находящиеся в анаэробной среде, консервируются в ней и образуют структурную (волокнистую) часть торфа. Интенсивность распада растений-торфообразователей в торфогенном слое зависит от вида растения, обводнённости, кислотности и температуры среды, от состава поступающих минеральных веществ. Несмотря на ежегодный прирост отмершей органической массы, торфогенный горизонт не прекращает своего существования, являясь природной «фабрикой» торфообразования. Поскольку на торфяных месторождениях произрастает много видов растений, образующих характерные сочетания (болотные фитоценозы), и условия среды их произрастания отличаются по минерализации, обводнённости, реакции среды, сформировавшийся торф на разных участках торфяных болот обладает различными свойствами. Известен так называемый погребённый торф, который отложился в периоды между оледенениями или оказался перекрытым рыхлыми отложениями разной мощности в результате изменения базиса эрозии. Возраст погребённого торфа исчисляется десятками тысячелетий; в отличие от современного, погребённый торф характеризуется меньшей влажностью. При образовании торфа, растения после отмирания, как уже было отмечено выше, попадают в сильно увлажненную, бедную кислородом среду. Здесь они не разлагаются полностью, как в почве, а только частично, поэтому их остатки из года в год накапливаются.
Если низинные растения объединяются грунтовым питанием (например, растения отрезаны от минерального дна уже сформировавшимся слоем торфа), то на низинных торфяных месторождениях начинают развиваться переходные и верховые виды торфа.
Принцип образования торфяной залежи представлен в следующей схеме:
Химический состав торфа
Ботанический вид торфообразователей имеет свой характерный, присущий данному виду химический состав, который в свою очередь обуславливается уровнем интенсивности микробиологического распада.
Растения-торфообразователи имеют в своем составе: протеин(1-30 %), жиры, воска, масла (1-30 %), целлюлозу и инкрустирующие вещества(10-50 %). Элементный состав растений-торфообразователей колеблется менее существенно и состоит из углерода (50-53 %), водорода (5,5-6,5) и азота (0,8-1,9 %).
Торф состоит из тех же групп веществ, что и растения-торфообразователи, но к ним добавляется новый класс соединений – гуминовые вещества. Процесс накопления последних в торфе является наиболее характерным для торфообразования, а переход растений в торф называется гумификацией. Исходные компоненты растений-торфообразователей претерпевают тем большие изменения, чем выше геологический и химический возраст торфа. Хотя эти понятия и не идентичны.
Группа соединений, извлекаемых органическими растворителями, получила термин «битумы торфа». Они состоят из восков, парафинов, смол и содержат парафиновые, терпеновые и ароматические углеводороды, а также такие кислородсодоржащие соединения, как спирты, кислоты, эфиры. Их количество колеблется в пределах от 1.2 до 17,7 %.
Углеводный комплекс торфа содержит водорастворимые и легкогидролизуемые вещества в количестве от 6,9 до 63 %. В них входят различные классы органических соединений (пентозы, уроновые кислоты, гексозы). Целлюлоза торфа относится к трудногидролизуемым веществам, ее содержание изменяется от 0,2 до 20 %.
Негидролизуемые вещества торфа состоят из сложной смеси веществ: лигнина растений-торфообразователей и веществ кутино-субериновой группы. Количество негидролизуемого остатка может доходить до 26 %.
Гуминовые вещества представляют собой смесь высокополимеров с разным молекулярным весом. Макромолекулы гуминовых веществ включают упорядоченные конденсированные ядра и неупорядоченную периферийную часть. При ядре и боковых участках макромолекулы гуминовых веществ находятся способные к диссоциации кислотные и основные группы, придающие этим соединениям свойства полиэлектролитов. Гуминовые соединения имеют аморфную структуру, ассоциаты которых образуются в результате непосредственного взаимодействия функциональных групп, а также через молекулы воды и многовалентные ионы. На долю гуминовых веществ приходится до 70 % органической части торфа.
Торф как растительное сырье и направления его переработки
Торф представляет собой смесь продуктов неполного превращения остатков наземных и болотных растений, видимых невооруженным глазом, с продуктами более глубокого превращения исходных растений, имеющих вид однородной аморфной массы. Разрушение органического вещества растений характеризуется степенью разложения, т.е. отношением бесструктурной части к общему количеству торфа. Он является важнейшим показателем качественной характеристики торфа и колеблется в пределах 5-70 %.
Таким образом, торф по химическому составу занимает промежуточное положение между растительным сырьем и твердыми горючими ископаемыми и чем меньше его степень разложения, тем он ближе по свойствам к растениям-торфообразователям.
Рассмотренные выше представления о свойствах торфа положены в основу технологии его переработки.
Логическим развитием лесохимии явилось создание торфохимической промышленности, которая впитала в себя опыт и приемы своей предшественницы. С одной стороны – это получение после предварительной переработки торфа и использование твердых, жидких и газообразных продуктов. С другой стороны – это мягкое извлечение из органической части торфа групп веществ в наименее измененном виде, путем обработки его органическими растворителями, щелочами, кислотами и другими реагентами.
Термолиз
Наиболее простым радикальным и широко распространенным приемом переработки торфа является термолиз. Нагревание торфа выше 1400С приводит к изменению его состава, причем эти изменения тем глубже, чем выше конечная температура нагревания. В результате такой обработки образуется большое число различных новых соединений. Следует отметить, что термическая переработка торфа значительно поднимает его ценность как химического сырья. В последнее время появился ряд новых способов переработки торфа: механохимическая, электроимпульсная, радиационная.
Гидролиз
Ко второму направлению получения химических продуктов на основе торфа относится гидролиз.
В гидролизатах торфа обнаружен широкий спектр аминокислот, карбоновых, уроновых кислот, гуминовых веществ и других соединений, способных активизировать или ингибировать разнообразные биологические процессы. Конечными продуктами являются кормовая меласса, белковые кормовые дрожжи, осахаренный торф.
Экстракция
В промышленных масштабах осуществлен процесс получения битумов путем экстракции торфа бензином (нефрасом). Получаемые при этом торфяной воск и смола служат базой для производства десятков новых препаратов, нашедших применение в разных областях – от модельных составов для точного литья до медицинских препаратов. Разработаны и осуществлены в промышленном масштабе две технологии получения из торфа биологически активных экстрактов. Это получение из смолы торфяного воска этанольного экстракта и выделение непосредственно из торфа СО2-экстракта. Этанольный экстракт смолы торфяного воска обогащен биологически активными веществами и характеризуется высоким терапевтическим эффектом при лечении костных, стоматологических и гинекологических заболеваний. Экстракты по второй технологии по своему химическому составу близки к этанольному экстракту смолы торфяного воска, но дополнительно обогащены эфирными маслами, обеспечивающими повышенное антимикробное действие. Эти свойства способствуют получению стерильных лечебных экстрактов для лечения заболеваний.
Большой класс материалов может быть получен на основе гуминового комплекса. Это стимуляторы роста растений, красители, ингибитор коррозии, поглотитель радионуклидов.
Химическая модификация торфа
Значительный интерес представляют процессы химической модификации торфа. Эта область очень мало исследована и прообразом могут служить процессы химической переработки древесины.
Особый интерес в данном направлении представляют ботанические чистые виды торфа, т.е. сложенные на 85-95 % из какого-либо одного вида растения-торфообразователя.
Естественные ресурсы торфа требуют комплексного подхода при организации торфяных производств. Использование торфа торфяных месторождений не должно быть однообразным, а должно определяться условиями залегания месторождения, его природными особенностями, составом и свойствами сырья. Поэтому использование органической части торфа эффективно в комплексных схемах переработки. Например, остаток после извлечения битумов можно использовать для получения гуматов, активных углей, а остаток после гидролиза – для производства биологически активных препаратов или комплексных органоминеральных удобрений.
Применение торфа
С древних времён человек обращал свой интерес на торф. Сохранились сведения, в которых торф называется "возгораемой землёй". Она служила для разведения огня при готовке пищи у западных европейцев. Об этом свидетельствуют труды римского историка Плиния Старшего, жившего в 1 столетии н.э. Однако широкая добыча и применение торфа в Западной Европе началось в XII-XVII веках. Жители Российской Империи узнали о чудесных свойствах торфа во времена правления Петра I. Именно он в 1696 году начал добывать этот природный материал в Воронеже. Искали торф и в окрестностях Азова. Причиной тому послужило то, что была нехватка дров в этих районах.
С течением времени торф начали применять как торфяной кокс. Использовали его и при выработке осветительного газа. Пиком промышленного использования смолы и торфяного полукокса принято считать XIX-XX века.
Во время индустриализации и Великой Отечественной войны в Советском Союзе торф применялся как энергоноситель. Его использовали на заводах Урала и Сибири. Газогенераторная станция Уралмашзавода в Свердловске использовала для своей работы горючий газ, который получался из торфа в процессе пиролиза. Горючий газ применялся в военной промышленности при всех технологических процессах, в которые входили и газосварка с плавильным производством. В послевоенные годы в СССР во время пятилетних планов интенсивно развивалась торфяная топливная промышленность. После открытия Западно-Сибирской нефтегазовой промышленности значение торфа в Советском Союзе было уже не таким значительным.
В качестве последнего крупного проекта, в котором как энергоноситель применялся торф, стало строительство и запуск энергоблок Ново-Свердловской ТЭЦ. За год на энергоблоке сгорало 5 млн. тонн торфа. Применение торфа в качестве энергоносителя прекратили в 80-х годах. Это связано с причиняемым вредом природе. Все объекты перевели на природный газ.
В настоящее время торф нашёл себе применение в медицине, биохимии, сельском хозяйстве, животноводстве, энергетике. Новейшие технологии в промышленности дают возможность выпускать весьма плодородные грунты, применяемые в качестве почвы под пищевые растения; удобрения; стимуляторы, позволяющие ускорить рост растений; материалы для изоляции; упаковку; графит и активный уголь, а также многое другое.
Интересные факты о торфе
В Европе, в настоящее время получили распространение торфяные ванны, обладающие лечебным эффектом. Во многих известных SPA-лечебницах применяют торфяные ванны для лечения ревматизма и артрита. С большим вниманиям сейчас относятся к исследованиям лечебных свойств торфа.
Торф уже известен и как лекарство. Из него производят ряд целебных препаратов. К примеру «торфот» лекарство, незаменимое при лечении болезней сердца, почек, экземы, отслоения сетчатки. Его применяют в качестве средства, регулирующего метаболические процессы в организме человека.
Входящие в состав торфа пушицивые нити можно использовать при изготовлении тканей. В Финляндии, к примеру, уже существует одежда, ткани, изготовленная с применением торфа. В конце прошлого века на выставке в Антверпене в Голландии были продемонстрированы прочные ткани из торфа - ковры, половики, попоны.
Торф может быть использован как абсорбирующий материал при ликвидации экологических аварий различного типа. Смесь торфа и активированного угля используется для очистки воздуха. Обработанный торф применяется для поглощения нефти с поверхности океана или побережья, для очистки сточных вод от ряда красителей, фенола, нитратов, фосфатов, ионов тяжелых металлов, жиров, протеинов.
Эскимосы строят жилища из двух слоев: внутреннего – торфа и внешнего снега, получаются очень теплые домики!
Верхний слой сфагнового торфа может применяться в целлюлозно-бумажной промышленности: для изготовления твердых сортов бумаги, картона.
При химической переработке кускового торфа под действием высоких температур происходит выделение до 98% углерода – получается углеродный восстановитель металла – кокс, имеющий широкое применение в металлургии.
Торфяные фильтры используются в аквариумах! Многие тропические воды обладают большей или меньшей кислотностью. Речь идет о гуминовых кислотах, которые выделяются древесиной и листвой. Воду для аквариума пропускают через торф, чтобы она вбирала в себя содержащиеся в нем вещества. Многие виды декоративных рыб происходят из особо чистых и «кислых» вод. С применением торфа можно создать для них условия, близкие к естественным.
Первое упоминание о Виски(Whisky) датируется 1494 годом, а широкого распространения он достиг в 1700 году. С тех времен по сегодняшний день при приготовлении Шотландского Виски используется торф. По классической технологии, ячмень сначала замачивают на пару дней в воде, а затем рассыпают тонким слоем по полу солодильни для проращивания. Крахмалы при этом преобразуются в сахара, которые впоследствии служат пищей для спиртообразующих грибков – дрожжей. Через 5-7 дней получился солод (malt). В этот момент рост ячменя надо остановить, и его для этого подсушивают в килне – специальном помещении с дырчатым полом, под которым разводят огонь. Топливо используют для Шотландии типичное – торф. Торф очень плохо горит, выделяя дым, имеющий весьма характерный запах. Дым, пройдя сквозь зерно, выходит из помещения через отверстие в крыше. Торф придает виски его несравненный запах и вкус. Солодовый виски, так же как коньяк или арманьяк, обладает практически уникальной среди крепкоалкогольных напитков особенностью приобретать специфический вкус в зависимости от места производства.
Комментарии