Наукова робота. Використання шламу як добрива для вирощування рослин, на прикладі йошти

Роботу виконала:
Панченко Надія
учениця 8 класу
НВК „Миролюбівська загальноосвітня
школа І-ІІ ступенів –
дошкільний навчальний заклад”
Покровської районної ради
Донецької області

Педагог-керівник:
Зайцева Олена Володимирівна,
вчителька хімії та біології
НВК „Миролюбівська загальноосвітня
школа І-ІІ ступенів –
дошкільний навчальний заклад”
Покровської районної ради
Донецької області,
лауреатка IV Всеукраїнського Інтернет-конкурсу
„УЧИТЕЛЬ РОКУ–2019” за версією
науково-популярного природничого журналу
„КОЛОСОК” у номінації „Біологія”

ВСТУП

В останні десятиліття в Україні екологічна обстановка суттєво погіршилася. Одним з основних факторів, що вплинули на екологічну обстановку, є розвиток вугільної промисловості при застарілих технологіях, використання пічного опалення, так більшість жителів районів Донецької області проживають приватних секторах та мають власні будинки.

Головним природним багатством регіону є родовища кам’яного вугілля. Його запаси тільки в Донецькій області оцінюються в 25 млрд. т, що може задовольнити потреби Україну не на одне десятиліття вперед.

Незважаючи на спад виробництва, в результаті якого загальна кількість викидів та скидів істотно зменшилася, навантаження на біосферу Донбасу, як і раніше залишається однією з найбільших в Європі. Підприємства регіону викидають близько третини сумарного обсягу забруднюючих речовин на Україну. Високі швидкості і масштаби техногенних процесів, величезні переміщення гірських мас зумовлюють великі обсяги розсіювання багатьох хімічних елементів (перш за все вуглецю і важких металів), викликають накопичення в навколишньому середовищі сполук хімічних елементів у невластивих природі поєднаннях.

З вищесказаного видно, що Донбас відноситься до найбільш критичних з екологічної обстановці регіонів України. Найгострішими проблемами регіону є: забруднення атмосферного повітря, водного басейну і ґрунтів, які вже настільки виснажились, що не дають потрібного розвитку рослинам. Увесь шлам з вугільної промисловості накопичується у вигляді териконів, а відходи від опалення будинків, тобто шлам, люди викидають де завгодно: у водоймища, біля узбіч, хоча його можна використовувати в корисних цілях. Щоб не накопичувати шлам у вигляді «пічних териконів», можна використовувати його як добрива для вирощування деяких видів рослин. Ми всі бачили як на териконах ростуть дерева, кущі та трави, чому б шлам від спалення вугілля у пічках не використовувати теж для вирощування рослин.

Тому об’єкт нашого дослідження – вугільний шлам з пічного опалення, а предмет дослідження: йошта та можливість вирощування її у шламі. Вивчаючи цю тему, ми поставили перед собою наступні цілі та завдання.

Мета роботи: – ознайомити та розширити кругозір учнів про вугільний шлам з пічного опалення; визначити властивості шламу для вирощування йошти.

Мета та предмет дослідження обумовили необхідність вирішення наступних

завдань:

1. Познайомитися з літературними джерелами про вугільний шлам.
2. Дослідити властивості шламу, які будуть впливати на вирощування рослин (Йошти).
3. Показати можливість проростання рослин на відходах пічного опалення.
4. Активізувати пізнавальну, творчу та просвітницьку діяльність учнів.

Отримані результати допоможуть у майбутньому використовувати шлам як добрива для вирощування рослин, наприклад на глинистих, кам’янистих, піщаних ґрунтах.

Автор брав учать у дослідженні, посадці та доглядом за рослинами, обробці результатів.

Обсяг роботи становить: 17 сторінок, 2 таблиці, 3 малюнки, список використаної літератури.

РОЗДІЛ І. Використання вугільного шламу як добрива для вирощування рослин, на прикладі йошти

1.1. Вугільний шлам та його властивості

Вугільні шлами – складні полідисперсні системи, вони мають різний гранулометричний склад і різні мінералогічні і петрографічні характеристики. На вуглезбагачувальних фабриках шлам може бути у вигляді суспензій (зависей), пластичної і сипкої маси [1].

При спалюванні твердих видів палива у топках пічок утворюються зола у вигляді залишків і пилоподібних кусковий шлак, а також золо-шлакові суміші. Вони є продуктами високотемпературної обробки мінеральної частини палива.

Утворення шлаків і зол відбувається зазвичай у середовищі, що сприяє окисленню органічних з’єднань і сульфідів і присутності сполук заліза в трйохвалентному вигляді. Утворення відходів третьої групи відбувається в відновної середовищі, що призводить до збереження сульфідної сірки і переважанню двовалентних сполук заліза. А при взаємодії з киснем, який міститься у ґрунті відбувається горіння золи, при цьому виділяється тепло, яке необхідне для проростання рослин.

Зола-винесення являє собою тонкодисперсний матеріал, складається в основному з частинок розміром 5-100 мкм. Її хіміко-мінералогічний склад відповідає складу мінеральної частини палива, що спалюється. Наприклад, при згорянні кам’яного вугілля зола являє собою обпечене глиниста речовина з включенням дисперсних частинок кварцового піску, при згоранні сланців – мергелі з домішками гіпсу і піску. При випалюванні мінеральної частини палива дегідратується глиниста речовина і утворюються низькоосновні алюмінати і силікати кальцію.

Якщо мінеральна частина палива містить значну кількість карбонатів, то в золі утворюються низькоосновні силікати і ферити кальцію, здатні взаємодіяти з водою.

У невеликій кількості золи входять наступні домішки: вільні оксиди кальцію і магнію, сульфати, сульфіди та інші

Для золи характерний значний вміст частинок з дрібними замкнутими порами, які є результатом спучування розплавленої мінеральної маси газами, що виділяються при дегідратації глинистих мінералів, дисоціації часток вапняку, гіпсу та органічних речовин. Загальний об’єм пор може досягати 60% обсягу частинок золи. Висока зміст мікропор в золі зумовлює високе значення її дійсної питомої поверхні. З високою дійсної поверхнею золи пов’язані такі її властивості, як адсорбційна здатність, гігроскопічність, гідравлічний активність.

Шлаки – основний вид відходів при спалюванні кусковому палива. При пилоподібному спалюванні шлаки складають 10-25% від маси утвореною золи. Шлаки утворюються в результаті спікання окремих частинок на колосникових решітці при температурі понад 1000 °С.

При переробці вугільних шламів особливе значення мають їх фізико-хімічні характеристики: гранулометричний склад та зовнішня питома поверхня; зольність та властивості мінеральних компонентів; форма та рельєф поверхні вугільних частинок; характер і властивості поверхневих сполук; ступінь окисненості та гідратованості та ін.

Шлами різко змінюють властивості суспензії і утруднюють збагачення, осадження, згущення, зневоднення. Особливий інтерес являють собою шлами-відходи, які можуть бути об’єктом повторного збагачення з метою вилучення додаткової кількості вугілля.

Шлами, які скидаються в очисні споруди збагачувальних фабрик, як правило, вловлюються в дві стадії. Крупні шлами, які мають меншу зольність, вловлюються на першій стадії прояснення оборотної води. На більшості фабрик на першій стадії вловлюються шлами зольністю 30,0…40,0% (в шламових відстійниках), а на другій стадії – більш тонкі і високозольні класи крупності зольністю 40,0…60,0% (в мулонакопичувачах). При вуглезбагачувальних фабриках України знаходиться 35 мулонакопичувачів загальним об’ємом 129 млн.м3, які займають площу 180 га і містять 114 млн. т. шламів, переважно відходів флотації зольністю від 45 до 75%. [2]

Умовно шлам поділяють на первинний, що надходить на фабрику з рядовим вугіллям, і вторинний, що утворюється в процесі дроблення, грохочення, збагачення, зневоднення, транспортування і розмокання глинистих частинок у воді. Шлакоутворення залежить також від фізичних властивостей вугілля і супутніх порід, застосованих схем збагачення і способів обробки шламів. Утворення шламу в процесі збагачення вугілля різних марок різне, так при збагаченні антрацитів утворюється 3 – 4 % шламу, в той час як при збагаченні коксівних марок вугілля утворюється від 9 до 17 % шламу. При цьому тонкий шлам утворюється головним чином за рахунок глинистої речовини, вміст якої в незбагачуваному шламі складає у середньому 15 – 20 %. Сумарний вихід шламу, що утворюється на збагачувальної фабриці досягає 30 % від рядового вугілля. Густина шламової гідросуміші у залежності від вмісту шламів занесена до таблиці 1.1. та таблиці 1.2.

1.2. Обґрунтування можливості створення комплексних добрив на основі шламу

Ґрунти України на протязі тривалого часу були майже єдиним засобом виробництва і екстенсивний характер землекористування призвів до деградації переважної кількості сільськогосподарських угідь. Деградація ґрунтів – наслідок ерозійних процесів у всіх їх проявах (водна, вітрова, іригаційна, пасовищна та агротехнічна); дегуміфікації із-за відсутності належних сівозмін, зокрема, впровадження монокультур; декальцинації (кислотна деградація); засолення та осолонцювання (негативи зрошувальних систем і підтоплення ґрунтів) і аридизації, яка безпосередньо зв’язана з дегуміфікацією та агрофізичними чинниками. В цій ситуації актуальності набуває використання відходів виробництв в якості хімічних меліорантів і добрив для відновлення деградованих ґрунтів [4]. Наприклад, набули широкого застосування шлаки металургійних виробництв, відходи виробництва силікатної цегли, дефекат виробництва цукру.

У нас вдома не має таких виробництв та відходів але є відходи від пічного опалення тому вирішили перевірити їх значимість для вирощування рослин. Опрацювавши літератури ми знайшли матеріал про спосіб вирощування сорізу з використанням червоного шламу як добрива на зрошуваному темно-каштановому ґрунті (Додаток 1).

Завдяки великому вмісту (до 30 %) органічної речовини і широкому спектру мікроелементів шлам використовували в якості добрива на кислих ґрунтах. На основі шламу отримували комплексні добрива (шлам + мінеральне добриво, шлам + органічне добриво). В якості мінеральних добрив використовували аміачну селітру, суперфосфат, сульфат калію, а органічних добрив – пташиний послід, перегній, торф, компост, сидерати, зневоднений осад стічних вод з міських очисних споруд (кек). Водневий показник (рН) комплексних добрив регулювали співвідношенням шламу та мінерального або органічного добрива.

1.3. Рослини, які можна вирощувати з використанням шламу

Якщо брати терикони, як приклад вирощування рослин на шламі, то можна сказати що процес озеленення териконів багатолітній. Тому висаджують спеціальні сорти рослин, які приймаються на кам’янистих ґрунтах. дерева погано приймаються довго хворіють

Міжтерасний простір рекомендується вкривати за допомогою ліан висаджених біля самого краю тераси. Наприклад, виноград п’яти листковий. На плоских переформованих верхівках і на полотні терас найбільш результативним є посів багаторічних трав. Навколо відвалу створюється захисна смуга з 2-3 рядів чагарників і 1 ряду дерев для запобігання зносу породи [3].

Акація біла успішно приживається і росте в механічних захисних зонах і на поверхні холодних і палаючих шахтних відвалів. Ще одним стійким видом, що ростуть на поверхні териконів, є абрикос звичайний. Найбільш стійкими породами при озелененні вугільних териконів виявилися наступні рослини

Стійкий на поверхні відвалів лох вузьколистий. Він добре росте і рясно цвіте. Вишня степова добре приживається в механічних захисних зонах відвалів. Доцільно створювати паркові насадження липи. Найбільш засухостійкий вид – липа срібляста

Для створення живих огорож навколо відвалів придатний терен. Він утворює густі непрохідні хащі. Крім терну в якості живої огорожі навколо териконів і їх механічних захисних зон використовують шипшину.

Поряд з деревами і чагарниковими рослинами успішно приживаються трав’янисті рослини. На поверхні перегорілої породи відвалів успішно виростає еспарцет посівний та буркун.

А на ґрунтових покладах приживається велика кількість представників таких родин, як бобові складноцвіті, розоцвіті, озеленення териконів.

1.4. Йошта (Josta) та її вирощування

Майже на кожній присадибній ділянці є чагарники різних ягід. Найчастіше садівники вирощують чорну і червону смородину, аґрус і малину. Сучасним селекціонерам вдалося виростити і інші види ягід, шляхом схрещування всім нам знайомих ягідних культур. Так з’являються все нові гібриди, що володіють своєрідними смаковими якостями. Багато з них стійкі до хвороб і шкідників.

Напевно багато хто з нас чули про таку ягоді, як йошта, але не всі знають про її особливості і як її вирощувати [5].

Всі ягоди гарні по-своєму, вони володіють своїм смаком і ароматом. За свої смакові якості і лікувальні властивості дуже цінується чорна смородина. Її єдиний недолік – погана стійкість до хвороб і шкідників. З цією метою селекціонери вивели новий гібрид, схрестивши чорну смородину і аґрус. В результаті вийшла незвичайна ягода під назвою йошта. Ця ягода взяла від аґрусу і чорної смородини кращі якості, але її не можна назвати ідеальною в усіх відношеннях.

Протягом довгих років були спроби створити цей гібрид, але результати були невдалими. Чагарник йошти не давав ягід, рослина було безплідним. Тільки з появою нових технологій, вченим вдалося в 70-ті роки домогтися успіху. Гібрид намагалися виростити в різних країнах, тому ягоди на плодоносних чагарниках відрізнялися зовнішнім виглядом і смаком.

Окрім приємного смаку, рослина має також не менш приємний вигляд, за що багато садівники почали його використовувати як елемент ландшафтного дизайну. Листя багаторічного чагарнику мають дуже привабливий вигляд. Вони великі і ажурні, а гілки не мають колючок, на відміну від аґрусу. Дорослий кущ у висоту може досягати 2 метрів і більше. Він має 15-20 великих гілок різного віку. Коренева система йде в ґрунт приблизно на глибину 30-40 см від поверхні ґрунту.

Навесні кущі покривається золотистими квіточками, які дуже швидко перетворюються на зелені ягоди. Смак ягоди нагадує аґрус і чорну смородину одночасно – прийнято кисло-солодкі. Як видно на фото, розміри ягід великі майже з вишню. За кольором вони чорні з фіолетовим відливом.

Правильна посадка і догляд забезпечують надалі врожайність йошти. Ця ягода дуже добре приживається на легких родючих суглинистих ґрунтах. Чагарники краще висаджувати на сонячних ділянках без сильного вітру. Бажано висаджувати кущі йошти поруч, тоді врожаї будуть вищими. Яма під посадку повинна бути приблизно 50х50х50 див.

Догляд за йоштой нескладний, її можуть вирощувати навіть недосвідчені садівники. Рослина має потребу в регулярному і частому поливі. У спекотні сонячні дні її потрібно рясно поливати. Вона добре реагує на підживлення, тому 2-3 рази в році необхідно вносити під чагарники йошти мінеральні добрива. Дуже добре навесні під кожен кущ висипати по кілька склянок деревної золи.

Рослина практично не хворіє, йошта не боїться шкідників і стійка до хвороб. З-за того, що рослина невибаглива йошту часто висаджують замість живоплоту,

Йошту зазвичай висаджують в кінці весни або на початку осені. Для отримання хорошого врожаю чагарники слід висаджувати на певній відстані приблизно в 2-х метрах один від одного. Згодом вони будуть розростатися, тому має бути достатньо місця для нормального розвитку кущів. Якщо використовувати йошту в якості живої огорожі, тоді можна висаджувати кущі з інтервалом в півметра.

Перед початком посадки необхідно підготувати ділянку. Його обов’язково перекопують і удобрюють компонентами з підвищеним вмістом калію. Йошта добре реагує на калійні добрива. Місце повинно бути добре освітленим з рихлим ґрунтом. Але на території нашої школи земля кам’яниста та глиниста, тому до наших лунок ми додали шлам від шкільного пічного опалення, якого на території нашої школи достатня.

РОЗДІЛ ІІ. Практична частина

2.1. Матеріали і методика досліджень

Методи, які використовувалися в ході дослідження:

• спостереження та аналіз;
• анкетування серед учнів «Що ви знаєте про вугільний шлам?»

2.2. Анкетування «Що ви знаєте про вугільний шлам?»

Ми провели серед учнів 5-9 класів анкетування «Що ви знаєте про вугільний шлам?»:

1. Що таке вугільний шлам? (див. рис. 2.1)
2. Як ви вважаєте, яке значення має вугільний шлам? (див. рис. 2.2)
3. Чи можна використовувати шлам для вирощування рослин? (див. рис. 2.3)

Рис.2.1. Що таке вугільний шлам?

Рис. 2.2. Як ви вважаєте, яке значення має вугільний шлам?

Рис. 2.3. Чи можна використовувати шлам для вирощування рослин?

Було опитано близько 25 учнів. Після обробки даних отримали такі результати: більшість учнів не знають, що таке вугільний шлам, про його значення та використання.

2.3. Визначення впливу шламу на розвиток рослин, на прикладі йошти

Для визначення ступеня впливу властивостей пічного вугільного шламу на ріст рослини ми вибрали метод спостереження та аналізу результатів.

На території школи нами були посаджені 5 кущів рослин Йошти, де ґрунт глинистий та у ньому багато каміння, після перебудови старої школи. За ростом інших рослин спостерігали вдома. Проаналізувавши результати досліду ми побачили, що рослини, які вирощені на ґрунті з додаванням шламу, більш сильніші, листочки насиченого зеленого кольору, влітку отримали врожай (1 стакан ягід). Це не багато але сподіваємось, що на наступний рік буде більше. Ті рослини, які ми посадили в тому році без додавання шламу не такі здорові, плодоносили але ягід було мало. Коріння рослин, які виросли на шламі значно відрізняється від коріння йошти, без додавання шламу. Його більше, воно довше та має багато додаткових коренів.

ВИСНОВКИ

На основі отриманих результатів встановлено підвищення врожайності сільськогосподарських культур на ґрунтах з додаванням шламу як добрива.

В результаті нашої роботи ми :

• зібрали матеріал про терикони, вугільний шлам та його значення
• Проаналізували, які рослини можуть проростати на териконах.
• Створили живу огорожу з йошти.
• Організували акцію «Подаруй школі рослину»

На підставі проведених нами дослідів ми можемо рекомендувати використовувати вугільний пічний шлам як добриво для вирощування рослин, для покращення якісного стану та врожайності у пропорції 1000мг на відро ґрунту (у лунку для посадки).

Ми сподіваємося, що завдяки нашій роботі жителі села Миролюбівки не будуть нагромаджувати вугільний пічний шлам біля узбіч, на берегах річки, а будуть використовувати його в якості добрива для рослин. Тим самим, ми збережемо природу, і позбудемося сміття.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Гаркушин Ю. К. Стан та перспективи переробки вугільних шламів / Ю. К. Гаркушин, П. В. Сергєєв, В. С. Білецький // Збагачення корисних копалин. – 2003. – № 17. –С.143–149.
2. Мала гірнича енциклопедія: у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2004—2013.
3. h​t​t​p​:​/​/​p​c​h​e​l​o​v​o​d​.​o​r​g​.​u​a​/​n​a​-​t​e​r​r​i​k​o​n​a​x​/ h​t​t​p​:​/​/​t​e​r​r​a​.​d​o​n​r​i​s​e​.​r​u​/​h​a​n​d​s​m​a​d​e​/​t​e​r​r​i​c​o​n​s​/​t​a​b​i​d​/​4​0​2​/​D​e​f​a​u​l​t​.​a​s​p​x h​t​t​p​:​/​/​k​p​s​s​.​c​o​m​.​u​a​/​p​a​g​e​-​2​8​2​/​p​a​g​e​-​3​8​8​9​6​/ h​t​t​p​:​/​/​g​o​r​l​o​v​k​a​.​m​y​s​i​t​y​.​d​n​.​u​a​/​p​u​b​l​/​u​p​r​a​v​l​e​n​i​j​a​_​o​t​d​e​l​y​_​i​_​s​l​u​z​h​b​y​_​g​o​r​o​d​s​k​o​g​o​_​s​o​v​e​t​a​/​u​p​r​a​v​l​e​n​i​e​_​o​b​r​a​z​o​v​a​n​i​j​a​/​2​8​4​-​1​-​0​-​1​5​6​1
4. Зюман Б. В., Пасенко А. В., Кулік Н. Ю. Використання відходів ТЕС як складової частини добрив // Науковий вісник ІЕНТ ім. Ю.І. Кравченка «Нові технології». — м. Кременчук, Квітень 2003 р. — № 1(2). – С. 92-95.
5. https://floristics.info/ua/statti/sad/2698-joshta-posadka-i-doglyad-obrizuvannya-i-rozmnozhennya.html

Редакція може не поділяти думку авторів і не несе відповідальність за достовірність інформації. Будь-який передрук матеріалів з сайту може здійснюватись лише при наявності активного гіперпосилання на e-kolosok.org, а також на сам матеріал!