Торф - органічна порода, що утворюється в результаті біохімічного процесу розкладання (відмирання і неповного розпаду) болотних рослин при підвищеній вологості і нестачі кисню. Біохімічні процеси, що призводять до утворення торфу, відбуваються в основному в верхньому (переважно до 0.5 м), так званому торфогенном шарі.
Торф є сировиною для отримання багатьох цінних продуктів: палива, теплоізоляційних плит, підстилковий матеріалів для тварин, різних добрив і грунтів, торф'яних брикетів і горщиків для вирощування розсади. Торф ряду родовищ має цілющі властивості і використовується в медицині.
Трохи історії
Перші уявлення про вугілля, як продукті утворився з рослин, висловлювалися ще в античні часи Анаксимандром (VI - VII ст. До н. Е.) І Арістотелем (IV ст. До н. Е.). Однак, найбільш повно розвинути їх вдалося священика Беролдінгену, який в 1792г. дав схему послідовного переходу торфу в буре та кам'яне вугілля. Торф він розділив на дернової, болотної і болотний, а вугілля - на буре та кам'яне, виділивши в останньому різновиди, що відображають його природний склад. Треба визнати, що наука про горючих корисних копалин того часу разюче відставала від інших наук. Якщо в області першої розкривалися багато в чому майже очевидні явища, то, наприклад, у фізиці вже була побудована класична механіка, відкриті електрику, інфрачервоні і ультрафіолетові промені, розроблена динаміка абсолютно твердого тіла і ін. Тому не випадково, що такий проникливий дослідник природи, як згаданий Беролдінген, в той час ще вважав, що причиною виверження вулканів є підземні пожежі в глибоко залягають пластах кам'яного вугілля.
ВУкаіни перші відомості про торф з'явилися в 18в. в працях М. В. Ломоносова, І.Г. Лемана, В.Ф. Зуєва, В.М. Севергина і ін. В 19в. торфу, особливо його складу, були присвячені роботи В.В. Докучаєва, С.Т. Навашина, Г.І. Танфільева і ін. Роботами радянських учених-торфоведов виявлені географічні закономірності поширення торф'яних покладів, створена класифікація їх видів і типів, вивчений хімічний та фізичний склад торфу. У цій області найбільш відомі роботи І. Д. Богданівської-Гіенеф, Е. А. Галкіної, Д.А. Герасимової, В.С. Доктуровского, Є.К. Іванова, Н.Я. Кац, М.І. Нейгштадт, Н.І. П'явченко, В.Н. Сукачова, С.Н. Тюремнова і ін. З-поміж останніх робіт на особливу увагу заслуговує монографія В.Є. Раковського та Л.В. Пігулевський "Хімія і генезис торфу". Геохімічні умови формування боліт в різних кліматичних областях детально і всебічно розглянуті А.І. Перельманом в книзі "Геохімія ландшафту".
В даний час наука про торф і вугілля все ще переживає період поступового накопичення знань в руслі старої парадигми. Але поволі і непомітно йде робота в напрямку переходу на якісно новий етап її розвитку. Ймовірно, відбудеться він у недалекому майбутньому.
генезис торфу
Торф - попередник генетичного ряду вугілля (на думку ряду вчених). Місце освіти торфу - торф'яні болота, що зустрічаються як в долинах річок (заплави, тераси), так і на вододілах.
Походження торфу пов'язано з накопиченням залишків відмерлої рослинності, надземні органи якої гуміфіціруется і минерализуются в поверхневому аеріруемие шарі болота, званому торфогенним горизонтом, грунтовими безхребетними тваринами, бактеріями і грибами. Підземні органи, що знаходяться в анаеробної середовищі, консервуються в ній і утворюють структурну (волокнисту) частину торфу. Інтенсивність розпаду рослин-торфообразователей в торфогенном шарі залежить від виду рослини, обводнення, кислотності і температури середовища, від складу вступників мінеральних речовин. Незважаючи на щорічний приріст відмерлої органічної маси, торфогенний горизонт не припиняє свого існування, будучи природною «фабрикою» торфообразованія. Оскільки на торф'яних родовищах виростає багато видів рослин, що утворюють характерні поєднання (болотні фітоценози), і умови середовища їх зростання відрізняються по мінералізації, обводнення, реакції середовища, що сформувався торф на різних ділянках торф'яних боліт володіє різними властивостями. Відомий так званий похований торф, який збунтувався в періоди між заледеніння або виявився перекритим пухкими відкладеннями різної потужності в результаті зміни базису ерозії. Вік похованого торфу обчислюється десятками тисячоліть; на відміну від сучасного, похований торф характеризується меншою вологістю. При утворенні торфу, рослини після відмирання, як уже було відзначено вище, потрапляють в сильно зволожену, бідну киснем середу. Тут вони не розкладаються повністю, як в грунті, а тільки частково, тому їх залишки з року в рік накопичуються.
Якщо низинні рослини об'єднуються ґрунтовим живленням (наприклад, рослини відрізані від мінерального дна вже сформованим шаром торфу), то на низинних торф'яних родовищах починають розвиватися перехідні і верхові види торфу.
Принцип освіти торф'яної поклади представлений в наступною схемою:
Хімічний склад торфу
Ботанічний вид торфообразователей має свій характерний, властивий даному виду хімічний склад, який в свою чергу обумовлюється рівнем інтенсивності мікробіологічного розпаду.
Рослини-торфообразователі мають в своєму складі: протеїн (1-30%), жири, воску, масла (1-30%), целюлозу і інкрустуються речовини (10-50%). Елементний склад рослин-торфообразователей коливається менш істотно і складається з вуглецю (50-53%), водню (5,5-6,5) і азоту (0,8-1,9%).
Торф складається з тих же груп речовин, що і рослини-торфообразователі, але до них додається новий клас сполук - гумінові речовини. Процес накопичення останніх в торфі є найбільш характерним для торфообразованія, а перехід рослин в торф називається гуміфікацією. Вихідні компоненти рослин-торфообразователей зазнають тим більші зміни, ніж вище геологічний і хімічний вік торфу. Хоча ці поняття і не ідентичні.
Група з'єднань, видобутих органічними розчинниками, отримала термін «бітуми торфу». Вони складаються з воску, парафінів, смол і містять парафінові, терпенові і ароматичні вуглеводні, а також такі кіслородсодоржащіе з'єднання, як спирти, кислоти, ефіри. Їх кількість коливається в межах від 1.2 до 17,7%.
Негідролізуемого речовини торфу складаються зі складної суміші речовин: лігніну рослин-торфообразователей і речовин Кутино-суберіновой групи. Кількість негідролізуемого залишку може доходити до 26%.
Гумінові речовини являють собою суміш високополімеров з різною молекулярною вагою. Макромолекули гумінових речовин включають впорядковані конденсовані ядра і невпорядкованих периферійну частину. При ядрі і бічних ділянках макромолекули гумінових речовин знаходяться здатні до дисоціації кислотні та основні групи, які надають цим з'єднанням властивості поліелектролітів. Гумінові сполуки мають аморфну структуру, асоціати яких утворюються в результаті безпосередньої взаємодії функціональних груп, а також через молекули води і многовалентние іони. На частку гумінових речовин припадає до 70% органічної частини торфу.
Торф як рослинна сировина та напрямки його переробки
Торф є сумішшю продуктів неповного перетворення залишків наземних і болотних рослин, видимих неозброєним оком, з продуктами більш глибокого перетворення вихідних рослин, що мають вигляд однорідної аморфної маси. Руйнування органічної речовини рослин характеризується ступенем розкладання, тобто ставленням безструктурної частини до загальної кількості торфу. Він є найважливішим показником якісної характеристики торфу і коливається в межах 5-70%.
Таким чином, торф за хімічним складом займає проміжне положення між рослинною сировиною і твердими горючими копалинами і чим менше його ступінь розкладу, тим він ближче за властивостями до рослин-торфообразователей.
Розглянуті вище уявлення про властивості торфу покладені в основу технології його переробки.
Логічним розвитком лісохімії стало створення торфохіміческой промисловості, яка ввібрала в себе досвід і прийоми своєї попередниці. З одного боку - це отримання після попередньої переробки торфу і використання твердих, рідких і газоподібних продуктів. З іншого боку - це м'яке витяг з органічної частини торфу груп речовин в найменш зміненому вигляді, шляхом обробки його органічними розчинниками, лугами, кислотами та іншими реагентами.
Найбільш простим радикальним і широко поширеним прийомом переробки торфу є термолиз. Нагрівання торфу вище 1400С призводить до зміни його складу, причому ці зміни тим глибше, чим вище кінцева температура нагрівання. В результаті такої обробки утворюється велика кількість різних нових з'єднань. Слід зазначити, що термічна переробка торфу значно піднімає його цінність як хімічного сировини. Останнім часом з'явився ряд нових способів переробки торфу: механохімічна, електроімпульсна, радіаційна.
До другого напрямку отримання хімічних продуктів на основі торфу відноситься гідроліз.
У гидролизатах торфу виявлений широкий спектр амінокислот, карбонових, уронових кислот, гумінових речовин та інших сполук, здатних активізувати або пригнічувати різноманітні біологічні процеси. Кінцевими продуктами є кормова меляса, білкові кормові дріжджі, Осахаренний торф.
екстракція
У промислових масштабах здійснений процес отримання бітумів шляхом екстракції торфу бензином (нефрасом). Отримувані при цьому торф'яної віск і смола служать базою для виробництва десятків нових препаратів, що знайшли застосування в різних областях - від модельних складів для точного лиття до медичних препаратів. Розроблено та здійснено в промисловому масштабі дві технології отримання з торфу біологічно активних екстрактів. Це отримання з смоли торф'яного воску етанольного екстракту і виділення безпосередньо з торфу СО2-екстракту. Етанольний екстракт смоли торф'яного воску збагачений біологічно активними речовинами і характеризується високим терапевтичним ефектом при лікуванні кісткових, стоматологічних та гінекологічних захворювань. Екстракти по другій технології за своїм хімічним складом близькі до ЕТАНОЛЬНІЙ екстракту смоли торф'яного воску, але додатково збагачені ефірними маслами, що забезпечують підвищений антимікробну дію. Ці властивості сприяють отриманню стерильних лікарських екстрактів для лікування захворювань.
Великий клас матеріалів може бути отриманий на основі гумінових комплексу. Це стимулятори росту рослин, барвники, інгібітор корозії, поглинач радіонуклідів.
Хімічна модифікація торфу
Значний інтерес представляють процеси хімічної модифікації торфу. Ця область дуже мало досліджена і прообразом можуть служити процеси хімічної переробки деревини.
Особливий інтерес в даному напрямку представляють ботанічні чисті види торфу, тобто складені на 85-95% з якого-небудь одного виду рослини-торфообразователей.
Природні ресурси торфу вимагають комплексного підходу при організації торф'яних виробництв. Використання торфу торф'яних родовищ не повинно бути одноманітним, а має визначатися умовами залягання родовища, його природними особливостями, складом і властивостями сировини. Тому використання органічної частини торфу ефективно в комплексних схемах переробки. Наприклад, залишок після вилучення бітумів можна використовувати для отримання гуматів, активного вугілля, а залишок після гідролізу - для виробництва біологічно активних препаратів або комплексних органо-мінеральних добрив.
застосування торфу
З давніх часів людина звертав свій інтерес на торф. Збереглися відомості, в яких торф називається "займається землею". Вона служила для розведення вогню при готуванні їжі у західних європейців. Про це свідчать праці римського історика Плінія Старшого, який жив в 1 столітті н.е. Однак широкий видобуток і застосування торфу в Західній Європі почалося в XII-XVII століттях. Жителі української Імперії дізналися про чудесні властивості торфу за часів правління Петра I. Саме він в 1696 році почав видобувати цей природний матеріал в Черкасах. Шукали торф і в околицях Азова. Причиною тому послужило те, що була нестача дров в цих районах.
З плином часу торф почали застосовувати як торф'яної кокс. Використовували його і при виробленні освітлювального газу. Піком промислового використання смоли і торф'яного напівкоксу прийнято вважати XIX-XX століття.
Під час індустріалізації та Великої Вітчизняної війни в Радянському Союзі торф застосовувався як енергоносій. Його використовували на заводах Уралу та Сибіру. Газогенераторна станція Уралмашзавода в Свердловську використовувала для своєї роботи горючий газ, який виходив з торфу в процесі піролізу. Горючий газ застосовувався у військовій промисловості при всіх технологічних процесах, в які входили і газозварювання з плавильним виробництвом. У післявоєнні роки в СРСР під час п'ятирічних планів інтенсивно розвивалася торф'яна паливна промисловість. Після відкриття Західно-Сибірської нафтогазової промисловості значення торфу в Радянському Союзі було вже не таким значним.
В якості останнього великого проекту, в якому як енергоносій застосовувався торф, стало будівництво і запуск енергоблок Ново-Свердловській ТЕЦ. За рік на енергоблоці згоряло 5 млн. Тонн торфу. Застосування торфу в якості енергоносія припинили в 80-х роках. Це пов'язано з заподіюється шкодою природі. Всі об'єкти перевели на природний газ.
В даний час торф знайшов собі застосування в медицині, біохімії, сільському господарстві, тваринництві, енергетиці. Новітні технології в промисловості дають можливість випускати досить родючі грунти, що застосовуються в якості грунту під харчові рослини; добрива; стимулятори, що дозволяють прискорити зростання рослин; матеріали для ізоляції; упаковку; графіт і активне вугілля, а також багато іншого.
Цікаві факти про торф
У Європі, в даний час набули поширення торф'яні ванни, що володіють лікувальним ефектом. У багатьох відомих SPA-лікарнях застосовують торф'яні ванни для лікування ревматизму і артриту. З великою увагою зараз відносяться до досліджень лікувальних властивостей торфу.
Торф вже відомий і як ліки. З нього виробляють ряд цілющих препаратів. Наприклад «торфот» ліки, незамінний при лікуванні хвороб серця, нирок, екземи, відшарування сітківки. Його застосовують як засіб, що регулює метаболічні процеси в організмі людини.
Що входять до складу торфу пушіцівие нитки можна використовувати при виготовленні тканин. У Фінляндії, наприклад, вже існує одяг, тканини, виготовлені із застосуванням торфу. В кінці минулого століття на виставці в Антверпені в Голландії були продемонстровані міцні тканини з торфу - килими, доріжки, попони.
Торф може бути використаний як абсорбуючий матеріал при ліквідації екологічних аварій різного типу. Суміш торфу і активованого вугілля використовується для очищення повітря. Оброблений торф застосовується для поглинання нафти з поверхні океану або узбережжя, для очищення стічних вод від ряду барвників, фенолу, нітратів, фосфатів, іонів важких металів, жирів, протеїнів.
Ескімоси будують житла з двох шарів: внутрішнього - торфу і зовнішнього снігу, виходять дуже теплі будиночки!
Верхній шар сфагнового торфу може застосовуватися в целюлозно-паперовій промисловості: для виготовлення твердих сортів паперу, картону.
При хімічній переробці кускового торфу під дією високих температур відбувається виділення до 98% вуглецю - виходить вуглецевий відновник металу - кокс, який має широке застосування в металургії.
Торф'яні фільтри використовуються в акваріумах! Багато тропічні води мають більшу або меншою кислотністю. Йдеться про гумінових кислотах, які виділяються деревиною і листям. Воду для акваріума пропускають через торф, щоб вона вбирала в себе зобов'язання, передбачені в ньому речовини. Багато видів декоративних риб походять з особливо чистих і «кислих» вод. Із застосуванням торфу можна створити для них умови, близькі до природних.
Перша згадка про Віскі (Whisky) датується 1494 роком, а широкого поширення він досяг в 1700 році. З тих часів по сьогоднішній день при приготуванні Шотландського Віскі використовується торф. За класичною технологією, ячмінь спочатку замочують на пару днів у воді, а потім розсипають тонким шаром по підлозі солодільні для пророщування. Крохмалі при цьому перетворюються в цукру, які згодом служать їжею для спіртообразующіх грибків - дріжджів. Через 5-7 днів вийшов солод (malt). У цей момент зростання ячменю треба зупинити, і його для цього підсушують в кілне - спеціальному приміщенні з дірчастим підлогою, під яким розводять вогонь. Паливо використовують для Шотландії типове - торф. Торф дуже погано горить, виділяючи дим, який має дуже характерний запах. Дим, пройшовши крізь зерно, виходить з приміщення через отвір в даху. Торф надає віскі його незрівнянний запах і смак. Солодовий віскі, так само як коньяк або арманьяк, володіє практично унікальною серед міцних алкогольних напоїв особливістю купувати специфічний смак в залежності від місця виробництва.