Состояние и некоторые проблемы химии, технологии и эффективности удобрений
Состояние и некоторые проблемы химии, технологии и
эффективности удобрений
Доктор технических наук Мельников Леонид Филиппович
Продукция
азотно-туковой промышленности не совершенна не только в плане КПД использования
сырья, эффективности действия питательных веществ, физико-химических, товарных
свойств готовой продукции, но и экологической безопасности окружающей среды,
биосферы и почвенного плодородия.
Извлечение
фосфора из природного фосфатного сырья кислотными реагентами и получение на
этой основе хорошо растворимых минеральных удобрений являются важными приёмами
в решении вопросов технологии и повышения качества последних.
Естественно,
что для производства удобрений необходимо было подобрать сырьё, найти методы и
пути его переработки. Синтез тех или иных удобрений требовал, вместе с тем,
глубоких теоретических знаний для решения вопросов инженерно-технического
профиля. Химическая наука, её основные законы рождали и совершенствовали
инженерно-техническую мысль - в этом суть прогресса.
Развитие
химии удобрений и дальнейшее внедрение её достижений в масштабное производство
привели к строительству химических гигантов в Российской Федерации,
Центрально-Азиатском регионе и других странах мира. Анализ тенденции развития и
функционирования тех или иных рудников, промышленных и сельскохозяйственных
предприятий в общемировом формате показывает, что получение целевых продуктов
непременно сопровождается образованием огромных количеств жидких, твёрдых и
газообразных отходов. Парадоксально, но уже на стадии научных и проектных
разработок, а также в силу других причин специфического характера
осуществляется планирование отходов, но при этом не прорабатываются методы их
обезвреживания и утилизации. Вместо этого проектируются всевозможные
шламонакопители, отстойники и другие непопулярные меры: вывоз за территорию
предприятий и складирование на неопределённый срок, закачка в буровые скважины,
сброс в естественные овраги, реки, моря, атмосферу, сжигание, упаковка в
контейнеры и т.д.
Таким
образом, рождается новая проблема - экологическая - один из парадоксов
хозяйственной деятельности человека.
В
конкретном формате данной проблемы следует отметить, что технологические
аспекты существующих производств, структурные особенности и свойства
образующихся отходов, показывают разнообразную и богатейшую их химическую
природу, при ближайшем рассмотрении которой становится вполне очевидной
возможность кооперирования разнородных по своей химической сущности
производств. В этом плане мировой опыт организации производств, особенно в
химических отраслях, показывает, что для утилизации промышленных отходов лучшие
результаты такой кооперации могут быть получены при сочетании предприятий, то
есть, когда отходы, тепловые потоки одного из них могут служить сырьём и
энергоносителями для другого производства.
В
контексте этой проблемы следует остановиться также на ассортименте и качестве
выпускаемых удобрений (аммофос, аммофосфат, карбамид, аммиачная селитра и др.).
Все они выпускаются в соответствии с ГОСТом, предусматривающим определённую
влажность, прочность гранул, рассеиваемость, слёживаемость, содержание
питательных элементов и т.д. На момент отгрузки удобрения с завода, казалось
бы, действительно, всё идёт хорошо, но как только эта продукция попадает в
хозяйства, оказывается, что не все товарные показатели соответствуют ГОСТу.
Аммиачная селитра, карбамид, например, вместо рассыпчатых гранул приобретают
форму мешка, монолита. Внести такое удобрение равномерно в почву уже не
предоставляется возможным, а потому нередко на поле можно увидеть кое-как
раздробленные куски этих удобрений или монолиты в форме мешков где-нибудь в
системе поливочных коллекторов.
Конечно,
здесь можно было бы развить полемику по поиску "стрелочника",
например, о несоблюдении требований складирования, хранения, плохие погодные
условия и т.д. Однако эта проблема имеет место и как бы хозяйственники ни
старались, они её не смогут решить, поскольку аммиачная селитра (в соответствии
с ГОСТом) выпускается с влажностью не более 0,1%, уберечь которую от влияния
относительной влажности воздуха, а стало быть, сохранить сыпучесть практически
невозможно.
Вместе
с тем, нельзя оставить без внимания и вопросы эффективности применяемых
удобрений. Здесь следует отметить, что учёные не только доказали факт крайне
низкого коэффициента использования питательных веществ растениями, но и выявили
множество факторов, влияющих на эффективность удобрений. Среди этих факторов
следует отметить форму питательных веществ, подаваемых в составе удобрений, их
растворимость, влияние состава, разности и влажности почв, времени,
биологические процессы, особенности почв и т.д. Если взять к примеру удобрения,
в которых фосфор представлен в виде аммонийных, хорошо растворимых в воде солей,
и удобрения, в которых фосфор представлен в форме кальциевых, магниевых и
других фосфатов, плохо растворимых в воде, то эффект от их применения один -
КПД не превышает 15-20% от внесённого количества фосфора. Остальные 70-80%
фосфора закрепляются почвой, в связи, с чем возникает новая проблема -
изыскание способов и средств по раскрепощению и мобилизации закреплённых
почвенных фосфатов. Такая же картина просматривается и при применении азотных
удобрений, КПД которых не превышает 30-40%, остальная часть этого питательного
элемента разлагается, вымывается в подпочвенные горизонты и не только
безвозвратно теряется, но и создаёт следующую проблему - экологическую в
биосфере.
Следовательно,
форма удобрений и их высокая растворимость, по мнению многих учёных, является
некоторым гарантом по обеспечению растений в период роста, развития и
созревания доступными питательными веществами, однако высокие потери последних
никак не вписываются в рамки экономического и экологического характера.
Естественно,
все эти проблемы не оказывались за пределами внимания исследователей, которые
искали всевозможные средства для их решения. В этой связи следует обсудить круг
вопросов, посвящённых карбамиду. Дело в том, что карбамид, помимо выполняемой
функции удобрения, является хорошим комплексообразователем. Как оказалось,
карбамид и его производные активно вступают во взаимодействие со многими
минеральными кислотами и солями, комплексные соли которых иногда более
растворимы, иногда менее растворимы, но долговечны и менее подвержены
разложению, закреплению и вымыванию. На этой основе были получены такие
удобрения, как нитрат карбамида, фосфат карбамида, тетракарбамид
монокальцийфосфат, различные тукосмеси, кроме того, было установлено, что в
присутствии карбамида и его производных увеличивается растворимость фосфатов.
Последнее обстоятельство очень важно с точки зрения повышения коэффициента
полезного действия фосфора, однако реализовать какую-либо технологию с участием
карбамида учёным не удалось по причине неудовлетворительных физико-химических и
товарных свойств конечных продуктов.
В
мировой научной литературе уделено также большое внимание отходам и веществам
гумусовой природы. Анализируя и обсуждая этот материал, совершенно не хочется
выискивать какие-либо недостатки, недоделки в каждой конкретной работе.
Разумеется, они есть, поскольку - это фрагменты, а фрагменты, как правило, не
имеют законченности. Одни авторы, например, изучают состав и строение веществ
гумусовой природы; другие разрабатывают методы их активации с помощью различных
химических и физических приёмов с целью превращения их в растворимое состояние
и дальнейшего использования полученных продуктов в различных отраслях народного
хозяйства; третьи - на их основе разрабатывают различные способы получения
удобрений, физиологически-, ростактивных веществ, обосновывают полезность как в
чистом виде, так и в смеси с различными минеральными солями и удобрениями;
четвертые - пытаются обосновать анионо- и катионообменивающие свойства этих
препаратов, положительное влияние их на физико-химические и товарные свойства
конечных продуктов, почвенные, микробиологические процессы и на повышение
урожайности сельскохозяйственных культур.
Если
же судить в целом, по большому счёту, то хочется выразить глубокое
удовлетворение всем авторам, которые, так или иначе, причастны к проблеме
повышения эффективности удобрений и мобилизации закреплённых фосфатов и
использования для этих целей, в первую очередь, веществ и отходов гумусовой
природы. И вот почему. Выдвинутый когда-то и пущенный во всю мощь в ход лозунг
- химизация сельского хозяйства из-за чрезмерного старания и диктата той
системы с течением времени утратил своё положительное значение и на протяжении
многих лет работал не во благо, а во вред. В итоге насильственной химизацией
был нанесён колоссальный ущерб окружающей среде и биосфере. Нет смысла
повторяться, ибо об этом уже было сказано выше, следует только ещё раз
подчеркнуть, что почвы на планете в результате этой акции почти полностью
деградировали. Общие потери пахотных земель только за последние 50-60 лет
составили на планете более 300 млн. га, а за всю историю земледелия потери
превзошли всю площадь всей современной пашни. Совершенно очевидно, что в этом
негативном процессе важнейшая роль должна быть отведена потерям гумуса, которые
резко снижают устойчивость почв к эрозии, флуктуациям водного режима,
химическому засолению и бактериальному загрязнению экосистем. В настоящее время
только в СНГ для компенсации ежегодных потерь гумуса пахотными почвами
требуется минимально около 1,5 млрд. т органических удобрений, тогда как
реальные ресурсы вряд ли превышают 1,0 млрд. т в год. Эти простые примеры
подчёркивают актуальность проблемы и трубят о кризисной экологической ситуации
на планете.
Резюмируя
вышеизложенное необходимо ещё раз подчеркнуть, что интерес учёных и
исследователей ко всякого рода промышленным отходам чрезвычайно разнообразен и
проявляется от стремления познания их состава, строения, способов переработки в
полезные продукты и применения в народном хозяйстве до обоснования концептуального
разрешения ряда научных и практических задач, возникающих в макросистеме:
"сырьё - отход - удобрительные средства - почва - растение - урожай",
и заключающихся или в создании безотходных технологий, или в использовании
образующихся отходов в качестве сырья, например, для производства удобрений,
ингибиторов, структурантов, физиологически активных и других веществ.
Однако,
несмотря на, казалось бы, очевидную выгоду, которую можно получить, если
вовлечь в сферу производства удобрений огромные запасы вторичного и
некондиционного сырья, промышленные отходы и вещества гумусовой природы, в
нашей стране, к сожалению, до сих пор не решён главный вопрос −
немедленная или плановая их утилизация, например, для масштабного производства
и применения органических и органоминеральных удобрений, ввиду чего огромные
количества жидких, твёрдых и газообразных отходов, которые можно было бы
использовать для этих целей, получили прописку в отвалах, статус "сырьё на
свалку" и на протяжении многих десятилетий наносят огромный ущерб
окружающей среде во всём мире.
Исправить
создавшееся катастрофическое положение, особенно в регионах, где
сконцентрирована большая промышленность, можно лишь в одном случае, если в
наших странах будут приняты законы об отходах и безотходных технологиях,
которые бы обязывали науку, министерства и ведомства при разработке и
строительстве тех или иных предприятий в любой отрасли предусматривать
обязательную утилизацию или обезвреживание отходов. Реализация выдвинутой
концепции и принятие закона об отходах позволят вывести промышленные и
сельскохозяйственные отрасли на совершенно новую ступень развития, при которой
учёные, производственники, проектировщики, конструкторы и другие специалисты
будут решать единую задачу - создание безотходного производства. Это, в свою
очередь, позволит нам уберечь окружающую среду от загрязнения, неминуемые
отходы превратить в сырьё и значительно повысить КПД использования природных
ресурсов. Вместе с тем следует иметь в виду при этом, что прогресс, формируемый
по воле и законам человека, не будет вступать в противоречие с законами
природы, ибо эти законы − равновесия и гармонии − во все времена
останутся самыми совершенными. Для доказательства этого и для обоснования
правильности выбранного пути приведём всего лишь один пример.
Россия
и другие страны СНГ, как известно, богаты своими лесными массивами. Известно
также, что никому ещё не пришла в голову бредовая идея полить лес аммиаком или
посыпать аммиачной селитрой и, тем не менее, лес растёт и сам себя
воспроизводит. Нет смысла говорить о его пользе - это всем понятно, но, если
задаться вопросом, почему и за счёт чего растёт лес, то ответ на этот вопрос
можно получить, стоит лишь войти и углубиться в него. От 10-15 см до 1,5 м
составляет его органический гумусовый слой, составленный из иголочек, листьев,
веточек, кореньев, останков отмерших животных и т.д. Кроме того, этот
органический гумусовый слой хорошо удерживает влагу.
В
этой связи, не опровергая напрочь известное изречение Ивана Владимировича
Мичурина о том, что мы не можем ждать милостей от природы - взять их у неё наша
задача, так вот взять, на наш взгляд, прежде всего, нужно тот путь, на который
милостиво указывает нам природа. А путь этот − выращивание
сельскохозяйственных культур на органической гумусовой основе.
Исходя
из вышеизложенного, следует основательно пересмотреть существующую политику
производства и применения минеральных удобрений в направлении переориентации
азотно-туковой промышленности на производство органических, органоминеральных
удобрений и физиологически активных препаратов.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://ecoportal.ru/