Современные проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды - файл n1.doc

Современные проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды
скачать (7830.7 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc10502kb.24.02.2009 15:51скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7


Федеральное агентство по образованию

Тверской государственный технический университет

Современные проблемы рационального использования природных ресурсов
и охраны окружающей среды

Межвузовский сборник научных трудов молодых ученых


Тверь 2009

УДК 504:622 (082)

ББК 20.18:33я43
Современные проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды : межвузовский сборник научных трудов / под ред. Б.Ф. Зюзина. Тверь: ТГТУ, 2009. 104 с.
Сборник включает научные статьи молодых ученых, аспирантов, магистрантов и студентов факультета природопользования и инженерной экологии Тверского государственного технического университета (ТГТУ), Белорусского национального технического университета (БНТУ) и других участников конференции «Современные проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды».

Статьи журнала представляют интерес для инженерно-технических, научных работников, аспирантов, магистрантов и студентов, занимающихся исследованиями в области природопользования и экологии.

Редакционная коллегия:

д.т.н. профессор Зюзин Б.Ф. (ответственный редактор);

д.т.н. профессор Афанасьев А.Е.;

д.т.н. профессор Суворов В.И.;

д.т.н. профессор Женихов Ю.Н.;

д.т.н. профессор Лукьянчиков А.Н.;

Тимофеев А.Е. (ответственный секретарь).

Рецензенты: член-корр. Россельхозакадемии д.т.н. проф. В.Г. Черников; д.т.н. директор по развитию ЗАО «Селигер-Холдинг» С.Н. Гамаюнов.

© Тверской государственный
технический университет, 2009


I


SBN 978-5-7995-0450-2


Молодые кадры в науке: современное состояние
и перспективы развития

В Программе социально-экономического развития Российской Федерации (2006 – 2008 гг.), утвержденной Правительством РФ, отмечается, что для обеспечения инновационной направленности экономического роста требуется повышение роли научных исследований и разработок, превращение научного потенциала в один из основных ресурсов устойчивого экономического роста путем кадрового обеспечения инновационной экономики. Кроме того, в соответствии со стратегией развития науки и инноваций в РФ на период до 2015 года основу государственного сектора науки и высшего образования в перспективе составят технически оснащенные на мировом уровне, укомплектованные квалифицированными кадрами, достаточно крупные и финансово устойчивые научные и образовательные организации. Таким образом, правительственные программы, направленные на развитие российской экономики, в качестве основной движущей силы рассматривают научную деятельность и сопутствующие ей составляющие. Проблема научных кадров в российской науке в настоящее время стоит достаточно остро. Из анализа численности научных кадров за период с 1990 по 2005 год следует, что количество персонала, занятого исследованиями и разработками, сократилось на 58 %. В «Докладе Координационного совета по делам молодежи в научной и образовательной сферах» отмечается, что если данная тенденция сохранится, то к 2015 году средний возраст российских докторов наук составит 70 лет, а кандидатов наук – 56. В связи с этим одним из основных механизмов сохранения и развития научного потенциала в России является привлечение и закрепление молодежи в научной сфере.

Современные государственные программы по поддержке молодых ученых включают достаточно большое количество мер, таких как выделение грантов на конкурсной основе (500 грантов президента РФ молодым кандидатам и 100 гарантов молодым докторам наук), выделение премий талантливой молодежи (в соответствии с Указом «О мерах государственной поддержки талантливой молодежи»). Также существует большое количество региональных программ по привлечению талантливой молодежи в науку. Следует отметить Федеральную целевую программу «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы, в рамках которой должны быть решены задачи по созданию:

– условий для улучшения качественного состава научных и научно-педагогических кадров, эффективной системы мотивации научного труда;

– системы стимулирования притока молодежи в сферу науки, образования и высоких технологий (оборонно-промышленный комплекс, энергетическая, авиационно-космическая, атомная отрасли и иные приоритетные для Российской Федерации высокотехнологичные отрасли промышленности), а также закрепления ее в этой сфере;

– системы механизмов обновления научных и научно-педагогических кадров.

В соответствии с данными тенденциями, носящими общегосударственный характер, факультет Природопользования и инженерной экологии ТГТУ проводит работу по активизации работы молодежи в научно-исследовательской области. Для решения целого ряда задач, связанных с научно-исследовательской работой (НИР) студентов было создано Молодежное научное общество (МНО). Целью его работы является привлечение и поддержка студентов, аспирантов и молодых ученых, занимающихся проведением научно-исследовательской работы, которая осуществляется с целью активизации и развития научной деятельности ФПИЭ, создания кадрового потенциала для ФПИЭ, расширения сотрудничества на базе НИР с российскими и зарубежными научными, образовательными и промышленными организациями. Основными результатами работы МНО являются привлечение активной и талантливой молодежи в научную деятельность, налаживание контактов с различными организациями, работающими в сфере науки, проведение молодежных конференций, участие в выставках и выпуск сборников работ студентов.
Декан ФПИЭ ТГТУ профессор Зюзин Б.Ф.,

ассистент кафедры ТКМРТМ Тимофеев А.Е.

УДК 60.015.23
Структурные характеристики Органоминеральных смесей на основе торфа с глинистыми добавками
А.Е. Тимофеев, аспирант кафедры ТКМРТМ

К.А. Богданов, студент группы ОГР-26

С. В. Дашкевич, студент группы ОГР-56

Д.Е. Латыпов, студент группы ОГР-56 ТГТУ

Научный руководитель - д.т.н. профессор каф. ТКМРТМ О.С. Мисников
Отличительной особенностью композиционных материалов является уникальность их свойств, возникающая вследствие взаимодействия разнородных компонентов смеси. Композиционные материалы на основе торфа могут быть получены из различного сочетания компонентов, наиболее подробный перечень насчитывает около 40 видов продукции [1].

Смеси на основе торфа с добавками различных видов глин являются одним из распространенных видов продукции, что обусловлено особенностями их взаимодействия на физико-химическом и механическом уровнях. Известны следующие направления использования смесей, получаемые из торфа и глинистых материалов:

Пустотелые и пористые строительные материалы. Материалы данной группы представлены смесями различного состава, в которых глина используется в качестве основы для получения прочного каркаса после термической обработки, а торф выступает как выгорающая добавка, позволяющая повысить пористость. Технологии получения материалов данной группы отличаются способами смешивания компонентов – объемное смешивание торфа с глинистым материалом или поверхностное нанесение глины на торфяную основу.

Сорбенты тяжелых металлов. Анализ физических и химических свойств торфа показывает наличие в нем развитой пористой структуры и большого количества активных центров, что позволяет рассматривать его как экологически безопасное и дешевое сырье для получения сорбентов.

Топливные композиционные смеси. В некоторых работах рассматривается возможность совместного использования торфа и глинистых компонентов, однако в данном случае глинистые компоненты рассматриваются как наполнители, повышающие технологические свойства композиционных смесей.

Смеси для получения строительных материалов. Основная роль торфяных компонентов при производстве строительных материалов – снижение теплопроводности и стоимости продукции за счет использования дешевого местного сырья в качестве наполнителя строительных материалов. Глинистые материалы в данном виде смесей используются в качестве наполнителей, обладающих высокой связующей способностью.

Грунты для сельского хозяйства. В состав многих видов сельскохозяйственной продукции глинистые компоненты вводят для повышения качественных показателей почв (плотность, влагоемкость и др.), что сказывается на повышении продуктивности растительности.

Данный перечень не охватывает многие другие виды смесей, в которых наряду с другими компонентами совместно используются торф и глинистые материалы. Например, добавка в грунт для аквариума содержит гранулированную смесь торфа, глины и погребенного органического сапропеля при следующем соотношении компонентов в пересчете на абсолютно сухое вещество: торф 40…70, глина 10…20, погребенный органический сапропель 30…40 %. Использование данной композиции позволяет увеличить время нахождения гранул в воде без разрушения, их биологическую стойкость и питательную способность.

Изменение компонентного состава композиционной смеси неизбежно приводит к изменению течения физических процессов структурообразования и массопереноса, которые в конечном итоге определяют качественные показатели готовой продукции. При разработке технологических процессов производства многокомпонентной продукции важным этапом является подбор соотношения компонентов.

Важную роль при производстве широкого спектра продукции (строительные материалы, топливо из крошащихся видов торфа) играет прочность. Исследование процессов структурообразования было выполнено путем измерения разрушающей нагрузки на одноосное сжатие (цилиндрические образцы) и удельного сопротивления сжатию в цилиндре (гранулированная продукция). Сырьем для получения образцов являлся верховой пушицево-сфагновый торф и различные глинистые компоненты (каолиновые глины, глинистые мергели и др.).

Зависимости прочности цилиндрических образцов от влагосодержания для композиций с различными добавками описываются экспоненциальными зависимостями и имеют в полулогарифмических координатах два прямолинейных периода.

При анализе полученных уравнений регрессий четко выраженные тенденции не отмечены (табл. 1). Однако увеличение значений коэффициентов структурообразования ? в той или иной мере характерно для всех материалов при повышении содержания неорганического компонента, что подтверждает упрочняющие свойства минеральных веществ в структуре композиций. Экстраполированные значения прочности при = 0 варьируются без какой-либо общей тенденции. Для глинистого мергеля среднее значение логарифма данного показателя составляет 2,4, а для глин – 1,7.

Предположительно, более интенсивное упрочнение композиций может быть связано с различной реализацией связей в структуре из-за изменения концентрации порового раствора и толщины гидратных оболочек в композициях, а изменение максимальной прочности Row определяется дополнительным распределением дефектов на границе раздела фаз торф – глина при внесении минеральных материалов.

Положение сингулярной точки Wc для композиций с мергелем находится в области значений 0,5 кг/кг. В теории поверхностных явлений в дисперсных системах отмечалось, что, начиная с концентрации дисперсной фазы по объему (74%), образуется связанная структура и появляется прочность для всех эмульсий [2]. Аналогичным образом можно выдвинуть гипотезу, что для определенного вида исходных материалов существует соотношение твердой и жидкой фаз, при котором наблюдается резкая смена прочностных характеристик системы. Подобные эффекты были также отмечены в работе [3] при сушке сапропелей при различной температуре.

Таблица 1. Уравнения регрессии логарифма прочности LnR
от влагосодержания W, кг/кг, композиций с различными добавками


Добавка

Концентрация
С,%

Период структурообразования

I

II

Глинистый
мергель

10

LnR = -1,7927 W + 0,8205

LnR = -5,4593 W + 2,6134

20

LnR = -1,9293 W + 0,7169

LnR = -5,0704 W + 2,3505

30

LnR = -1,7985 W + 0,4369

LnR = -6,3183 W + 2,7069

40

LnR = -2,0627 W + 0,434

LnR = -5,4345 W + 2,0556

Кембрийская
глина

9

LnR = -1,3002 W + 0,2584

LnR = -3,3583 W + 1,886

16

LnR = -1,4317 W + 0,2167

LnR = -3,4338 W + 1,6602

23

LnR = -1,5515 W + 0,2761

LnR = -3,9115 W + 1,7388

Каолиновая
глина

10

LnR = -1,384 W + 0,2031

LnR = -3,2034 W + 1,5142

20

LnR = -1,3267 W + 0,0807

LnR = -3,3326 W + 1,7628

30

LnR = -1,7647 W + 0,5582

LnR = -3,3787 W + 1,8241


Экспериментальные исследования [4], направленные на оценку влияния температуры на процессы сушки для широкого интервала температур и концентраций, показали следующие особенности структурообразования при жестком режиме сушки (табл. 2). Было подтверждено наличие двух периодов структурообразования при температуре сушки меньше 70оС. При больших значениях температуры второй период выражен слабо, поскольку действие водородных связей из-за жестких условий сушки исключается. Вследствие наличия большого числа дефектов структуры наблюдается критическая область разрушения – зона, в которой прочность образца на сжатие резко падает. Анализ таблицы показывает, что с увеличением содержания мергеля максимальное значение энергии активации уменьшается. При повышении температуры сушки значение показателя R0W для материала с определенным соотношением компонентов снижается.

Таблица 2. Коэффициенты структурообразования композиций
с глинистым мергелем при жестком режиме сушки [4]


Концентрация глинистого мергеля С, %

Температура сушки T, K

Коэффициенты структурообразования

?1, 1/(кг/кг)

?2, 1/(кг/кг)

R0W,
МПа

E0,
кДж/моль

R0T,
МПа

20

303

1,0189

3,7517

2,90

26,92

2,87

313

0,8187

4,6795

2,70

26,92

2,67

323

1,3910

2,5385

2,01

26,92

1,99

343

1,2124



0,80

26,92

0,79

40

303

1,1975

2,3640

1,85

26,60

1,83

313

1,4536

4,1448

1,70

26,60

1,68

323

0,4747

2,0091

0,95

26,60

0,94

343

2,3127



0,90

26,60

0,89

60

303

2,0472

8,8330

3,20

25,79

3,17

313

2,3377

8,5714

3,25

25,79

3,22

323

3,4375

0,6087

0,75

25,79

0,74

343

1,9018



1,09

25,79

1,08

80

303

2,4177

6,5733

1,80

20,93

1,79

313

4,1473

1,8164

0,89

20,93

0,88

323

3,1540

7,1538

0,65

20,93

0,64

343

3,5415



0,97

20,93

0,96


В процессах структурообразования формованных материалов ключевую роль играет усадка. Анализ экспериментальных данных показывает, что величина коэффициента усадки для композиционных смесей возрастает с увеличением доли минеральных компонентов (рис. 1). Последнее объясняется тем, что глинистые частицы обладают более низкими размерами, вследствие этого величина капиллярного давления, развивающегося в материале, возрастает. Таким образом, структурообразование композиционных смесей протекает с более высоким уплотнением, что должно повысить качественные характеристики готовой продукции (плотность, пористость). Аналогичные тенденции отмечаются и для гранулированной продукции, полученной методом окатывания (рис. 2).

Как следует из экспериментальных данных, коэффициент усадки для гранулированных материалов находится в пределах 0,08…0,13 (концентрация глины до 30 %), а для продукции, полученной экструзией, – в диапазоне 0,3…0,6 (концентрация минеральных добавок до 40%). Такое различие обуславливается высокой степенью переработки и большей плотностью сухого вещества при экструзии.



Рис. 1. Зависимость коэффициента усадки kус формованных образцов
от концентрации минерального компонента С, %: 1 – глинистый мергель;
2 – кембрийская каолиновая глина; 3 – каолиновая глина




Рис. 2. Зависимость коэффициента усадки kус гранулированных образцов
от концентрации каолиновой глины С, %

Также одним из важных показателей является плотность сухого вещества. В связи с тем, что для торфяных материалов характерна малая плотность, то основной задачей при транспортировке является повышение плотности материала и его насыпной плотности. Анализ зависимостей плотности сухого вещества (рис. 3) и насыпной плотности (рис. 4) показывает, что органоминеральные материалы характеризуются более высокими значениями по сравнению с исходным торфом. Исследование насыпной плотности показало, что усредненное для всех диаметров гранул значение данной величины повышается по мере увеличения содержания глины. Это согласуется с вышеприведенными фактами, свидетельствующими о повышении плотности самих гранул.



Рис. 3. Зависимость плотности сухого вещества с, кг/м3, формованных образцов
от концентрации неорганической части C, % : 1 – глинистый мергель;
2 – каолиновая глина; 3 – кембрийская каолиновая глина

Сопоставление плотностей формованной и гранулированной продукции показывает, что в целом плотность сухого вещества больше для метода экструзии. Однако экспериментальные исследования показали, что окатанные образцы малого диаметра характеризуются довольно высокими значениями с соизмеримыми со значениями для формованных образцов (плотность составляет 600-750 кг/м3). Это подтверждает значительную роль усадки в формировании структуры композиций.



Рис. 4. Зависимость насыпной плотности нас, кг/м3, гранул от концентрации каолиновая глина С, %

Таким образом, внесение минеральных компонентов в торфяную матрицу позволит значительно повысить прочностные характеристики продукции, а также плотность, насыпную плотность и снизить пористость.
Библиографический список
1. Гревцев, Н.В. Научные основы технологии торфяных композиционных материалов: дис…. д-ра техн. наук / Н.В. Гревцев. Тверь, 1998. 459 с.

2. Ребиндер, П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия / П.А. Ребиндер. М.: Наука, 1978. 368 с.

3. Мисников, О.С. Физические процессы структурообразования при сушке погребенных сапропелей: дис….канд. техн. наук / О.С. Мисников. Тверь, 1997. 155 с.

4. Былинкин, А.В. Физико-химические основы технологии торфоминеральных сорбентов: дис…. магистра техники и технологии / А.В. Былинкин. Тверь: 2002. 105 с.
УДК 622.331:626.862
Характеристики невостребованных площадей торфяных предприятий «Оршинское-1»
и «Васильевский мох»

Р.В. Назолин, магистрант группы ТКМТП-М-2006

А.В. Сорокин, магистрант группы ТКМТП-М-2006 ТГТУ

Научный руководитель – к.т.н. профессор каф. ТКМРТМ В.Д. Копенкин
По данным [1, 2], в настоящее время в торфяной промышленности действует около 90 предприятий и организаций (включая филиалы) и большое количество торфоперерабатывающих цехов, расположенных в Европейской части страны, Сибири и на Дальнем Востоке. Численность работающих – более 16 тысяч человек. Значительная доля фрезерного торфа используется в сельском хозяйстве для повышения плодородия почв сельхозугодий и в производстве продукции на основе торфа.

По данным О.В. Белозерова [2], в 2002 году добыча торфа в Российской Федерации составила менее 5 миллионов тонн, выпущены 50 тысяч тонн брикетов, более 80 предприятий по разным причинам прекратили работу. Построенные топливные базы Смоленской, Псковской, Новосвердловской, Тюменской и других электростанций брошены – торфяные поля на площади более 40 тысяч гектар зарастают, создают пожарную опасность.

По оценке экспертов, ситуация с энергоресурсами в ближайшей перспективе будет усугубляться. Энергетические запасы торфа, составляющие 68,3 миллиарда тонн условного топлива, превосходят запасы нефти и газа и уступают только углю. Ежегодный прирост торфа на болотах России равен 252 миллионам тонн (при влажности 40%) [2].

Понятие «невостребованные площади» предприятий торфяной промышленности впервые было приведено в докладе генерального директора Ростоппрома О.В. Белозерова на конференции в городе Кострома в 2003 году [2].

Как правило, такие площади имели достаточно развитую осушительную сеть с расстоянием между осями картовых каналов 20 (верховой тип залежи) или 40 м (низинный тип залежи) и между осями валовых каналов 500 м. Концы картовых каналов были обеспечены трубами мостов-переездов. Подштабельные полосы обычно были свободны от штабелей, хотя в некоторых случаях на подштабельных полосах могут находиться остатки штабелей фрезерного торфа. На крупных торфяных предприятиях площади, где производственные процессы были прекращены, невостребованные площади подвергались обводнению для предотвращения возможных торфяных пожаров.

Для оценки состояния невостребованных площадей торфопредприятий «Оршинское-1» и «Васильевский Мох» в 2007 году были проведены работы, целью которых было:

– установление срока пребывания площадей в состоянии, когда технологические процессы не выполнялись;

– определение влажности верхнего слоя торфяной залежи на одной из карт;

– определение распределения влажности в залежи до уровня грунтовых вод;

– состояние поверхности торфяной залежи на картах (наличие древесной растительности, травяного и травяно-мохового покрова);

– состояние картовых каналов;

– состояние валовых каналов (наличие древесной и травяной растительности на откосах каналов);

– замер положения горизонта воды в картовых каналах;

– характер древесной растительности (виды, диаметры).

На невостребованных площадях торфяных предприятий «Оршинское-1» и «Васильевский Мох» (участок «Святинский») были отобраны серии проб по длине одной карты на каждом из названных предприятий с расстоянием между пунктами отбора проб 15 м. Растительный покров в пунктах отбора проб удалялся, и затем из слоя торфяной залежи толщиной 2 см отбирали пробу лопаткой. Пробы герметично упаковывались в полиэтиленовые пакеты для определения влажности в лабораторных условиях.

Местоположение шурфов для установления распределения влажности до уровня грунтовых вод было выбрано посередине опытной карты. Шурф с квадратным сечением 30Ч30 отрывали саперной лопаткой до горизонта воды. Пробы отбирали с одной из стенок шурфа из расчета, что одна проба отражает состояние торфа в 10-сантиметровой зоне. Пробы также герметично упаковывались в полиэтиленовые пакеты для определения степени разложения торфа и влажности в лабораторных условиях.

Положение горизонта воды в картовом канале определялось путем замера расстояния от бровки до поверхности воды. Замеры производились линейкой через каждые 10 метров на трассе канала длиной 500 метров.

Было установлено, что поле № 25 торфопредприятия «Оршинское-1» списано около 15 лет назад, в противопожарных целях было обводнено, придорожный канал полностью заполнен водой. Поверхность поля достаточно сухая, однако местами имеются обширные подтопления. В настоящее время на поле присутствует травяно-моховая и древесная растительность (сосна, береза), со средним диаметром деревьев 20-25 мм. Подштабельная полоса покрыта редколесьем. Картовые каналы сильно заилены и обводнены, местами горизонт воды сливается с поверхностью карты. По откосам картовых каналов присутствует древесная и травяно-моховая растительность.

На Святинском участке торфопредприятия «Васильевский Мох» в конце 80-х годов была довольно развитая осушительная сеть с расстоянием между осями картовых каналов 20 м (верховой тип залежи) и между осями валовых каналов 500 м. Концы картовых каналов были обеспечены трубами мостов-переездов. Поле, на котором была выбрана опытная карта, списано порядка 10 лет назад. Поверхность поля достаточно сухая. В настоящее время на поле присутствует травяно-моховая и древесная растительность (сосна, береза), со средним диаметром деревьев 35мм. Подштабельная полоса покрыта по краям редколесьем. Картовые каналы заилены и сильно обводнены. По откосам картовых каналов присутствует древесная и травяно-моховая растительность. Валовые каналы также сильно обводнены и заилены, на откосах наблюдается травяная и древесная растительность.

Обработка данных по влажности 2-сантиметрового слоя торфяной залежи на опытной карте и результатов замеров расстояний от бровки карты до горизонта воды в картовом канале выполнялись по стандартной методике [3, 4]. Характеристики, установленные для опытной карты участка «Святинский», представлены на рис. 1, 2. Средняя влажность равна 79,7 %, стандартное отклонение – 2,1 % (рис. 1). Среднее расстояние до горизонта воды в канале составило 59,8 см, стандартное отклонение – 7,8 см (рис. 2).

Аналогичные характеристики на опытной карте торфопредприятия «Оршинское-1» отличались от вышеприведенных большей изменчивостью: средняя влажность верхнего слоя торфяной залежи составила 80,2 %, стандартное отклонение – 6,5 %; среднее расстояние до горизонта воды в картовом канале – 17,2 см (глубина картовых каналов 1,0 – 1,5 м), стандартное отклонение 6,5 см.

Распределение влажности в торфяной залежи до уровня грунтовых вод впервые было установлено в 1934 году А.В. Лукиным на торфопредприятии имени Классона [5].

Наблюдения проводились при установившихся погодных условиях, обеспечивавших нормальную добычу и сушку торфа.

Полученные зависимости имели вид



где w – влажность; h – глубина; a, b, c – числовые коэффициенты.

Коэффициент b соответствует такой глубине залежи, на которой влажность увеличивается наполовину максимально возможного увеличения, если считать от поверхности.

Коэффициент c представляет собой влажность залежи на поверхности. Полученные при экспериментах малые значения c говорят о том, что верхний слой залежи при соответствующих условиях может без фрезерования и ворошения достигнуть кондиционной влажности топливного торфа.
  1   2   3   4   5   6   7


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации