Zastosowanie ultradźwięków w przygotowaniu próbek gleby do analizy składu granulometrycznego

PIO TR IL N IC K I, U R S Z U L A M A T E L S K A

Z A S T O S O W A N IE U L T R A D Ź W I Ę K Ó W W P R Z Y G O T O W A N I U P R Ó B E K G L E B Y D O A N A L I Z Y S K Ł A D U G R A N U L O M E T R Y C Z N E G O

Biuro Projektów Wodnych Melioracji w Poznaniu

W P R O W A D Z E N IE

Z a pom ocą ultradźwięków o częstotliwości 20 k H z i natężeniu dźwięku wyższym od 1 W/cm2 m ożliw e jest rozdzielenie znajdujących się w cieczy agregatów gleby oraz usunięcie z nich otoczek substancji organicznej i zw iązków żelaza. R ozd ział cząstek o różnych masach wynika z tego, że ze wzrastającą częstotliwością coraz słabiej drgają cząsteczki o wielkich masach. U bocznym zjawiskiem działania ultra­ dźw ięków jest podnoszenie się temperatury cieczy wskutek tarcia powierzchni granicznych.

Próby dyspergowania gleby ultradźwiękami przed wykonaniem oznaczenia składu granulometrycznego prow adzono dotychczas w kilku krajach. Stosowano przy tym urządzenia o m ocy wyjściowej 100-250 W , częstotliwości 18-22 k H z oraz natężeniu dźwięku 2-8 W/cm2 [1 ,2 , 4-6, 8-11].

W Bułgarii [9] najlepsze wyniki uzyskano przy działaniu przez 5 minut ultra­ dźwiękam i o częstotliwości 20 k H z i natężeniu dźwięku 2,5 W/cm2 oraz użyciu roztw oru w ody i pirofosforanu sodu. Podobne ultradźwięki i czasy obróbki sto­ sowano w Z S R R [10]. Inni badacze [2, 8] uznali za korzystniejsze użycie w yższego natężenia dźwięku i czasów obróbki nie przekraczających 15 minut przy zawie­ sinie wodnej i 5 minut przy stosowaniu środków dyspergujących.

Celem niniejszej pracy było ustalenie m ożliwości wykorzystania ultradźwięków o wysokim natężeniu dźwięku do dokładniejszego rozdrabniania próbek gleby mineralnej od uzyskiwanego w powszechnie stosowanej metodzie aerometrycznej analizy gleby. W ym agało to uwzględnienia różnych gatunków gleb, a zw aszcza tych, których składniki (substancja organiczna, węglan wapnia, trójtlenek żelaza) wpływają na spoistość agregatów.

M E T O D Y K A

W badaniach użyto ultradezyntegratora UD-250 firmy Schoeller (R F N ). Składa się on z generatora wysokiej częstotliwości typu T G 250 o m ocy wyjściowej 250 W , częstotliwości 20 kH z, przetwornika ultradźwięków K L K 250 o częstotliwości

20 kH z, podstawy i son otrody typu U D 250 K L K 250 Ex E T i, z głów ką o średnicy 30 mm. Z uwagi na w ysoki poziom hałasu przetwornika niezbędne było stworzenie

osłony akustycznej aparatu. , J

W pierwszym etapie prac starano się ustalić wpływ czasu działania ultradźwię­ ków oraz zróżnicow anego natężenia dźwięku na wyniki analizy gleb o silnie zróżni­ cowanym składzie granulometrycznym. D o tego celu użyto czterech próbek: piasku słabo gliniastego, piasku gliniastego m ocnego, gliny lekkiej i iłu. Próbki wysuszono do stanu powietrznie suchego, rozdrobniono w m oździerzu i przesiano przez sito 0 0 1 mm. Następnie stosując metodę Bouyoućosa w m odyfikacji Casagrande’a 1 Prószyńskiego wykonano analizy składu granulometrycżnego z określeniem za­ wartości iłu koloidalnego. Dyspersję 40 g odważek gleby uzyskano przez poddanie ich następującej obróbce:

— dodanie sześciometafosforanu sodu i bezwodnego węglanu sodu (colgan) oraz mieszanie za pom ocą mieszadełka (15 minut, 2800 obr./min) — analiza kontrolna,

— w zlewkach 1000 ml o 0 10 cm do próbek dodano 400 ml roztworu 0,01 N

NH4OH

Następnie zlewkę ustawiono na podstawce stojaka dezyntegratora i opuszczono sonotrodę przetwornika ultradźwięków w taki sposób, aby jej końcówka znajdo­ wała się 1 cm nad dnem zlewki. Przy trzech natężeniach dźwięku (20, 40 i 50 W/cm2) w pierwszym etapie badań działano ultradźwiękami przez 2, 4, 5 i 10 minut.

W drugim etapie badań dążono do ustalenia zmian temperatury zawiesiny w czasie działania na nią ultradźwiękami, dokładniejszego określenia wpływu czasu działania ultradźwiękami na dyspergowanie gleb ciężkich oraz do określenia wpływu ultradźwięków na wynik analizy składu mechanicznego gleby z dużą domieszką części organicznych, węglanu wapnia i trójtlenku żelaza. W tym etapie stosowano 2, 3 i 4-minutowe okresy działania ultradźwiękami. Zbadano 57 próbek gleby, w tym 18 zawierających ponad 35% części spławialnych, 6 — około 10% części organicznych, 17 — ponad 5% C a C 0 3 i 16 — powyżej 3% Fe^C^.

W celu ustalenia w pływu czasu działania ultradźwiękami na temperaturę zawie­ siny zdyspergowanej gleby użyto czterech próbek gleby (ps, pgm, gl, i) w trzech powtórzeniach. Przy natężeniu dźwięku 40 W/cm2 poddano je obróbce przez 2, 3, 4, 5 i 10 minut. Po upływie każdego z podanych czasów mierzono temperaturę zawiesiny i doprow adzano ją do temperatury wyjściowej (20-22°C).

D o badań wpływu znacznej domieszki substancji organicznej użyto sześciu próbek pobranych z górnego poziom u gleb murszowatych i murszowo-mineralnych. Zawartość substancji organicznej wahała się około 10%. Zawiesiny poddano dzia­ łaniu ultradźwięków o natężeniu dźwięku 40 W/cm2 w przeciągu 2, 3, 4 i niekiedy również 5 minut.

W pływ zawartości węglanu wapnia na wynik analizy składu granulometrycżnego analizowano przy użyciu 17 próbek (głównie gliny), zawierających 5-35% C a C 0 3. W pływ zawartości F e 20 3 na wynik analiz zbadano w 16 próbkach. Z uwagi na dodatnią korelację, występującą między zawartością żelaza i częściami

spławiał-17

nymi, odrębnie rozpatrzono próbki gleb lekkich i średnich (zawierające poniżej 35 % części spławialnych) oraz gleb ciężkich. W śród 8 próbek gleb lekkich i średnich, zawierających 4 -8 % F e 20 3, występowały piaski słabo gliniaste, gln iaste i gliny lekkie, niekiedy z dużą domieszką frakcji pylastej. W śród gleb ciężki;:h (8 próbek 0 podobnej zawartości F e 20 3) były gliny średnie, gliny średnie pylaste, g lii\y ’ ^żkie 1 iły.

Wszystkie próbki pochodziły z terenu W ielkopolski. W drugim etapie badań wykonano 191 analiz składu granulometrycznego. W badanych próbkach określano rów nież zawartość F e 20 3, C a C 0 3 i p H metodą potencjometryczną.

W Y N I K I B A D A Ń

W p ł y w z r ó ż n i c o w a n e g o c z a s u d z ia ł a n ia i n a t ę ż e n ia d ź w ię k u . D o opracowania m etodyki użycia ultradźwięków do dyspergowania gleb niezbędne było ustalenie dla nowego urządzenia optymalnego natężenia dźwięku i czasu działania ultradźwięków. W yn iki badań wykonano na 4 m odelowych glebach. Ponieważ różnice w zawartości poszczególnych frakcji wystąpiły jedynie w przedzia­ łach części najdrobniejszych, szczególnie iłu koloidalnego, nie podano wartości liczbowych dla pozostałych frakcji (tab. 1).

A n aliza statystyczna wyników wykazała, iż istotne różnice natężenia dźwięku występują jedynie przy piasku gliniastym m ocnym i ile. W obu przypadkach istotne są różnice m iędzy natężeniem 20 W/cm2 i wyższymi, nieistotne między 40 i 50 W/cm2 Przy piasku gliniastym m ocnym stwierdzono również istotny wpływ czasu działania ultradźwięków. Poziom istotności dla testowania jednoczesnego wykazuje znaczące różnice między czasem 2 i 10 minut ( F cbl 0,031*). Działanie ultradźwiękami p’ zez ok; es 2 minut jest zatem niewłaściwe, czas ten powinien przekraczać 4 minuty.

Z powyższego wynika, iż dla uzyskania dyspersji gleby właściwe jest stosowanie natężen‘a dźwięku 40 W/cm2 i 4-minuiowego d z;ałania ultradźwięków.

Z uwagi na występowanie większych trudności p izy rozdrabnianiu gleb ciężkich przeprow adzono kolejną serię badań. Przy natężeniu dźwięku 50 W/cm2 porów ny­ wano najpieiw wpływ 3- i 4-minutowego czasu obróbki ultradźwiękami (5 próbek), a następnie dla 18 próbek — wpływ skróconego do 3 minut czasu obróbki. K rótk ie

okresy działania (3-1 minuty) ultradźwiękami nie pow odują uzyskiwani a istotnej

różnicy (3,89-4,13%) zawartości części spławialnych oraz iłu koloidalnego w sto­ sunku do analizy kontrolnej (tab. 2).

N ie stwierdzono, aby dyspergowanie gleby za pom ocą ultradźwięków pozwalało na uzyskanie istotnie lepszego rozdzielenia cząstek gleby niż przy metodzie kontrol­ nej, powszechnie w gleboznawstwie stosowanej.

W p ł y w u l t r a d ź w i ę k ó w n a t e m p e r a t u r ę z a w ie s in y . Niezależnie od składu granulometrycznego badanych próbek każdorazow o uzyskiwano wyraźne podwyższenie temperatury zawiesiny (rye. 1). Zależność między wzrostem tempe­ ratury zawiesiny a czasem działania ultradźwięków jest istotna ( r = 0,998**). Tem

-T a b e l - I Wpływ c zas u d z i a ł a n i a i n a t ę ż e n i a dźwięku u l tr a d ź w i ę k ó w na wynik a n a l i z y

s k ł ad u g ra nu lome t ryc zn eg o

I n f l u e n c e o f the sound i n t e n s i t y and time o f o p e r a t i o n o f s o i n i c v i b r a t i o n on the r e s u l t o f p a r t i c l e s i z e a n a l y s i s G l eb a - S o i l _PHKC1 ? e 2° 3 CaCC3 Czas d z i a ł a n i a Птпз o f o p e r a t i o n ni n Z awartość i ł u koloi­ dal n eg o w % przy n a t ę ż e n i u dźwięku C l a y content /%/ a t the sound i n t e n s i t y W/cm2 P o - ' i s t o t n o ś c i Hla I p p i c a n c e l e v e l '’ '' te ‘" : n i a й '' ч ‘ ęku sourd *ioity czasu d z i a ł a n i a time o f o p e r a t i o n 20 40 50 P i a s e k s ł a b o g l i n i a s - 5 , 3 0,46 0 2 2 2 2 t y 4 2 2 4 Sand _{5 3 3 3} r .- » 0,249 10 2 3 3 К 3 3 3 P i a s e k g l i n i a s t y 6, 3 0,63 0 2 4 5 5 mocny _{4 4} 6 6 Loamy aand 5 5 6 6 0 ,025х 0 , 0 2 7 х 10 6 7 6 К 6 6 6 G l i n a l e k ka 7 , 6 1,66 14,8 2 18 17 17 Loam 4 17 18 18 5 17 17 17 0,753 0,211 10 16 17 -К 17 17 17 I ł - C l a y 5 , 5 4,56 0 2 36 49 50 4 40 53 53 5 39 54 54 0,004х 0,435 10 45 51 -К 51 51 51 x Poziom i s t o t n o ś c i L e v e l o f s i g n i f i c a n c e 0 . 05

К - a n a l i z a k o nt ro ln a - za st os owa ni e m i e s z a d ł a о 2800 o b r o t . na r ozru ch u p r z e z 15 niin, c o n t r o l a n a l y s i s , , a p p l i c a t i o n o f mecha ni ca l mixer o f 2800 rpm f o r 15 mm.

T a b e l a 2 Wpływ c zasu d z i a ł a n i a u l t r a d ź w i ę k a m i /50 W/cm2/ na wynik a n a l i z y

s kł adu mechanicznego g l e b c i ę ż k i c h

I n f l u e n c e o f the time o f o p e r a t i o n o f boni c v i b r a t i o n /50 W/cm2/ on the r e s u l t s o f p a r t i c l e s i z e a n a l y s i s o f heavy s o i l s Czas d z i a ł a n i a Z awartość f r a k c j i /% / c z ą s t e k o ś r e d n i c y /mm/ C on t o r t A: / o f p a r t i c u l a r mechan ic al f r a c t i o n s o f d i a /ага/ xime o f o p e r a t i o n n = 5 n = 18 < 0 , 0 2 -CO,002 < 0 , 0 2 .£.0,002 K o n t r o l a - C o n t r o l !37,6 22,6 54,0 27,8 3 mir.uty - 3 n i n u t s 53,0 ?2,2 54,7 27, 3 4 minuty - 4 minuts 53,4 23,4 - -Poziom i s t o t n o ś c i ^oh'- 5i,3r.ificance l e v e l 0,012 0,035 0,020 0,014 F e . o 5 3,39 4, 13

19

C z a s d z i a ł a n i a u l t r a d ź w i ę k ó w - m i n u t y U l t r a s o u n d o p e r a t i o n t i m e - m i n .

Zależność temperatury zawiesiny gleby od czasu działania ultradźwięków

Relation between the dissolution temperature and time o f operation o f sonic vibration at 40 W/cm2 sound intensity

peratura zawiesiny wzrasta wskutek działania ultradźwięków przeciętnie o 3,44°C na minutę. Wskazuje to na konieczność maksymalnego ograniczenia czasu trwania obróbki próbki, eliminuje okresy dłuższe od 10 minut.

W p ł y w u l t r a d ź w i ę k ó w na w y n ik i a n a liz g le b z e z n a c z n ą d o m i e s z ­ k ą s u b s t a n c ji o r g a n ic z n e j. A naliza wariancji wykazała, iż różnice zawartości części spławialnych i iłu koloidalnego, uzyskane pirzy różnych metodach obróbki próbek glebowych, są nieistotne (F obl< F 0t05, tab. 3). Przy wydłużaniu czasu dzia­ łania ultradźwiękami następuje zmniejszanie zawartości zarówno części spławialnych, ja k iłu koloidalnego. Zjaw isko to wystąpiło jedynie w glebach zawierających ponad 15% części spławialnych. W próbce piasku gliniastego lekkiego zaobserwowano wzrost o 2 -5 % zawartości części spławialnych przy niezmiennej zawartości iłu koloidalnego. Obróbka ultradźwiękami nie zmieniała zawartości frakcji piasz­ czystej, pow odując niewielki i nieistotny przyrost frakcji pyłu grubego i iłu pyło­ wego grubego kosztem części spławialnych i iłu koloidalnego.

W p ł y w u l t r a d ź w i ę k ó w n a w y n ik i a n a liz g le b o z n a c z n e j z a w a r ­ t o ś c i w ę g la n u w a p n ia . A naliza statystyczna w yników (tab. 3) wykazuje brak istotnych różnic w składzie granulometrycznym w zależności od zastosowanej m etody wstępnej obróbki próbek gleby.

A naliza średnich wartości wykazuje, że oddziaływanie ultradźwięków przez 2 minuty pow oduje niewielkie (0 ,5 % ) obniżenie zawartości części spławialnych i wyraźne (4 ,2 % ) iłu koloidalnego, przy jednoczesnym widocznym wzroście za­ wartości iłu pyłow ego drobnego. Są to różnice statystycznie nieistotne. Najw iększe różnice występują przy najkrótszym czasie działania ultradźwiękami. Zależność między zawartością węglanu wapnia a różnicą zawartości iłu koloidalnego między analizą kontrolną a analizą wykonaną po poddaniu gleby obróbce ultradźwiękami w czasie 2 minut jest jednak nieistotna (/*=0,04).

T a b e l a 3 Wpływ d z i a ł a n i a u l tr a d ź w i ę k a m i na wynik a n a l i z y s k ła du mechanicznego g l e b

o w y s o k i e j z a w a r t o ś c i s u b s t a n c j i o r g a n i c z n e j , węgl anu w apni a i t r ó j t l e n k u ż e l a z a I n f l u e n c e o f s o n i c v i b r a t i o n o p e r a t i o n on the p a r t i c l e s i z e a n a l y s i s r e s u l t i n s o i l s wi th a h i g h amount o f o r g a n i c m a t te r , c a lc i um c ar bo na t e and F e 20 j A na l iz o wa n y c zy nn ik F a c t o r L i c z b a p ró be k Sample q u a n t i t y N at ę że n ie dźwięku Sound i n t e n s i t y W/cm2 Czas d z i a ł a n i a Time o f o p e r a t i o n min Z a w a rt o ść f r a k c j i /%/ c z ą ­ s t e k o ś r e d n i c y /mm/ Content h/o/ o f p a r t i c u l a r mec ha ni c al f r a c t i o n s o f d i a /mm/ Poziom i s t o t n o ś c i S i g n i f i c a n c e l e v e l < 0 , 0 2 < 0 , 0 0 2 _{P o b l} P 0, 05 S u b s t a n c j a o r g a n i c z ­ k o n t r o l a 21,0 7 , 3 na - o ko ło 10% c o n t r o l O rg an ie ma tt er 2 2 0, 3 4 , 3 c a 10% 6 40 3 20,0 5,1 2,113 3,10 4 19,3 5, 6 CaCO._J k o n t r o l a 32,9 14,7 c o n t r o l /5-35£/ _{17 40 2 32,4 10,5 1,355 2,75} 3 33,2 11,5 4 33,1 11,0 k o n t r o l a 13,9 a , y c o n t r o l illeby l o k i-: i s 3 40 2 19,4 8 , 0 0,076 3,47 i ś r e dn i e ;j:md and lo'im 3 20, 4 7 ,9 r e p0 -, > % k o n t r ol a 52,1 34,0 c- i g l e b y c i ę ż k i e 3 50 eont r o i 0 4, 6u c l a y ₃ 53,1 33,0

W ydłużenie okresu działania ultradźwiękami o dalsze 1-2 minuty powoduje odmienne skutki. Zawartość części spławialnych i iłu koloidalnego wzrasta o około 1 %, układają się jednak nadal poniżej wartości uzyskanych w analizie kontrolnej. Różnice są również nieistotne.

W p ł y w u l t r a d ź w i ę k ó w na w y n i k a n a l i z y g l e b o z n a c z n e j z a w a r ­ t o ś c i t r ó j t l e n k u ż e l a z a . Zarów n o w glebach lekkich i średnich, jak w glebach ciężkich nie stwierdzono istotnego wpływu obróbki ultradźwiękami na zawartość części spławialnych i iłu koloidalnego (tab. 3). Obserwowany nikły wzrost zawar­ tości części spławialnych (0,5-1,5% ) oraz spadek zawartości iłu koloidalnego (1 % ) wskazuje na usunięcie otoczek zw iązków żelaza z cząstek większych od 0,02 mm oraz na sklejanie się frakcji najdrobniejszych.

D Y S K U S J A

W porównaniu do badań bułgarskich i radzieckich [8, 9, 10] stosowano wyraźnie wyższe natężenie dźwięku i ten sam zakres częstotliwości ultradźwięków. Zawiesiny próbek glebowych poddawano zatem działaniu w ielokrotnie wyższej ilości energii. Należało oczekiwać, iż dyspersja ultradźwiękowa spowoduje dokładniejsze ro z­ dzielenie cząstek gleby, zwiększając zawartość frakcji najdrobniejszych.

21

Okazało się, że przy natężeniu dźwięku 20 W/cm2 dyspersja gleby jest zbyt mała. Analogiczne dyspersje ja k przy powszechnie w Polsce stosowanej m etodzie obróbki próbek uzyskuje się dopiero przy stosowaniu ultradźwięków o natężeniu dźwięku 40 W/cm2. W yższe natężenie dźwięku nie zmienia ju ż dyspersji gleby.

W Z S R R stwierdzono, że wyższe natężenie dźwięku wywiera mniejszy wpływ niż przeołużenie czasu działania ultradźwięków [10]. Własne badania potwierdziły jedynie, iż zbyt krótkim czasem jest okres 2 minut. Pom iędzy dmższymi czasami dochodzącym i nawet do 10 minut, nie stwierdzono występowania istotnych różnic W glebach ciężkich dłuższe działanie ultradźwiękami nie pow odow ało istotnego wzrostu zawartości iłu koloidalnego w stosunku do tradycyjnych m etod obróbki próbek. N iektórzy twierdzą [10], iż ultradźwięki użyte po dyspersji chemicznej pow odują przy glinach wydzielenie nieco większej (4 -5 % ) ilości iłu koloidalnego niż przy obróbce chemicznej. D o podobnego wniosku dla gleb glejowych i bielic doszli i inni badacze [6], wykazując jednocześnie, iż użycie nadźwiękowionych ro z­ tw orów B aC l2 i N a C l powoduje przyrost zawartości iłu koloidalnego w porównaniu z roztworem wodnym.

Z niektórych prac wynika, że ultradźwięki zwiększają zawartość iłu koloidalnego. Różnice są jednak niewielkie i nieregularne [4, 5, 9]. Są jednak i tacy, którzy twierdzą że różnic nie ma [11]. Za pom ocą ultradźwięków m ożna zatem uzyskać jedynie nieco lepszy rozdział cząstek gleby, co uwidacznia się jedynie w glebach ciężkich O bok ultradźwięków istotną rolę może tu jednak odgiyw ać iów n ież rodzaj pepty- zatora. Zastosowanie colganu zamiast wodorotlenku amonu m ogłoby prowadzić do uzyskania lepszej dyspersji próbek. W dotychczasowych badaniach stosowano różne peptyzatory (0,04 N pirofosforan sodu, 0,1 N wodorotlenek amonu, 0,5 N N a 6P 60 18, 0,05 N N a 20 20 4, 0,1 N N a O H , N aO B r, colgan), przy czym brak p o ­ równania ich skuteczności w powiązaniu z użyciem ultradźwięków.

W zrost temperatury pod wpływem działania ultradźwięków o niższym natę­ żeniu dźwięku [10] jest wyższy niż stwierdzony we własnych badaniach. Z a w ie­ sina bowiem kipi ju ż po upływie 8-9 minut (3,75 W/cm2) bądź 16-20 minut (8 W/cm2). Zwiększenie natężenia dźwięku powoduje zatem zmniejszenie szybkości wzrostu temperatury nadźwiękowionej zawiesiny, gdyż przy 40 W/cm2 temperaturę wrzenia osiągnięto dopiero po upływie 24 minut.

W ykonyw anie analizy składu granulometrycżnego gleb próchnicznych napotyka na trudności wynikające z powiązania substancji organicznej z mineralną. U ltra ­ dźwięki, oddzielając substancję organiczną od mineralnej, powinny ułatwić w yk o­ nanie tej analizy. W Kanadzie ustalono, iż wyższa zawartość substancji organicznej w glebie pow oduje wyraźne zmniejszenie się ilości kationów znajdujących się w ro z­ tw orze wodnym. Sugeruje się, iż może to wynikać z osłonki organicznej w ok ół ziaren mineralnych i tłumienia przez nie działania ultradźwięków [6]. Inni badacze [2] postulują celowość obróbki ultradźwiękami gleb o dużej zawartości części orga­ nicznych, a ostatnio w U S A stwierdzono [5] w próbkach gleb tropikalnych, pod­ danych ultradźwiękom, wzrost zawartości iłu koloidalnego o 3,6 do 17,4%. W e własnych badaniach obróbka gleb ultradźwiękkami spowodowała nie wzrost, lecz zmniejszenie zawartości frakcji części spławialnych oraz iłu koloidalnego. P o w yż­

sze różnice, obok stosowania ultradźwięków o odmiennym natężeniu dźwięku, jak też zróżnicowanych czasów ich działania, wynikają zapewne również z niejed­ nakowej ilości i jakości substancji organicznej. Duża jej ilość (o k oło 10%) m oże przez tłumienie ultradźwięków i wtórną koagulacje pow odow ać uzyskanie gorszego rozdzielenia cząstek gleby.

Przy wyższej od 15% zawartości węglanu wapnia występują trudności w prze­ prowadzeniu analizy składu granulometrycżnego. N iek tórzy badacze zalecają d o­ kładniejsze rozdzielenie próbek za pom ocą ultradźwięków [2], a w Z S R R [10] stwierdzono, iż przy dużej (21,8-37% ) zawartości C a C 0 3 obróbka ultradźwiękami zwiększała zawartość drobnego pyłu o 10%, części spławialnych o 4,2-4,8% i iłu koloidalnego o 2,4-3,9% . Badacze bułgarscy [4] w glebach zawierających około 20% C a C 0 3 przy obróbce ultradźwiękami uzyskali przyrost frakcji 0,01-0,001 mm kosztem iłu koloidalnego. W e własnych badaniach ultradźwięki pow odow ały zmniej­ szanie się zawartości części spławialnych i iłu koloidalnego, przy czym ustalone różnice były nieistotne. U zyskano zatem sprzeczne wyniki, co zapewne wiąże się z odmiennym sposobem obróbki próbek. W bułgarskich badaniach [4] zastosowano 1,8 W/cm2, a czas działania aż 60 minut, w badaniach zaś S z a ł e g o [10] odpow ied­ nio 3,75 W/cm2 i 5 minut. Bardzo wysokie natężenie dźwięku (40 W/cm2) albo bardzo długi czas działania ultradźwięków o niskim natężeniu dźwięku pow odu ją przypuszczalnie koagulowanie najdrobniejszych frakcji, w efekcie czego zmniejsza się zawartość iłu koloidalnego.

Stwierdzone w glebach żelazistych zmniejszanie się zawartości frakcji najwię­ kszych i najmniejszych wskazuje z jednej strony na sklejanie się drobnych cząstek, z drugiej na „oczyszczanie” cząstek większych z otoczek zw iązków żelaza. W lite­ raturze nie napotykano w yników badań tego rodzaju gleb. Jedynie Kanadyjczycy [6] stwierdzili, że zawartość żelaza w roztw orze w odnym poddanym działaniu ultradźwięków jest w ielokrotnie większa niż w roztw orze poddanym wytrząsaniu.

W N IO S K I

Omawiana metoda dyspergowania zawiesiny gleby przy użyciu w odorotlenku amonu i ultradźwięków zapewnia uzyskanie analogicznych w yników analizy składu mechanicznego jak m etoda Bouyoucosa w m odyfikacji Casagrande’ a i Prószyń­ skiego, pod warunkiem działania ultradźwiękami o nie mniejszym niż 40 W/cm2 przez czas nie krótszy niż 4 minuty. W glebach z dużą domieszką substancji orga­ nicznej, węglanu wapnia lub zw iązków żelaza obróbka ultradźwiękami powoduje wykazanie mniejszej zawartości frakcji iłu koloidalnego. U życie ultradźwięków nie zapewnia uproszczenia wstępnej obróbki próbki, jest droższe i mniej wygodne od stosowania mieszadełek.

L IT E R A T U R A

[1] B o u r g e t S. J.: Ultrasonic vibration for particle size analysis. Can. Journ o f Soil Sei. 48*

1968, 3, 372-373.

[2] E d w a rd s A . P., B re m m e r J. M .: Use o f sonic vibration for separation o f soil particles. Can. Journ. o f Soil Sei. 44, 1964, 3.

23

[3] E d w a r d s A . P., B re m m e r J. M .: Dispersion o f soil particles by sonic vibration. J. Soil Sei. 18, 1967, 47-63.

[4] E t r o p o ls k i C., A t a n a s o w I.: Isspolzowanije na ultrazwuk pri disperganie na poczweni probi. Poczwoznanije i agrochimija 11, 1976, 2, 23-29.

[5] G e 'n r ic h D. A ., B re m m e r J. M .: A reevealuation o f the ultrasonic vibration method o f

dispersing soils. Soil Sei. Soc. o f Amer. Proc. 36, 1972, 6, 944-947.

[6] H in ds A . A . , L o v e J. E.: Dispersion and dissolution effects during ultrasonic dispersion

o f g le>solic soils in water and in electrolytes. Can. J. Soil Sei. 60, 1980, 329-335. [7] M a ta u s c h e k J.: Technika ultradźwięków. W N T , Warszawa 1957, 1-410.

[8] M a t t ia t В.: Ein neuer W eg zur Aufbereitung diagenetisch verfestigter bituminöser Tone.

Geol. Jhb. 79, 1962, 883-898.

[9] O w c z a r o w a T ., C h r is t ó w J.: Isspolzowanije na ultrazwuka w mechanicznija analiz na poczw ata. Poczwoznanije i agrochimija V, 1970, 4, 25-32.

[10] S z a ły R .: Isspolzowanije ultrazwuka pro dyspergirowanii poczwiennych obrazcow. Po- czwowiedien. 1967, 11, 129-138.

[11] W ł a d im ir ó w W. E.: Issledowanije djejstwa akusticzeskich kolibanii na fiziko-chemiczeskije swojstwa poczwiennoj suspensji. Poczwowiedien. 1968, 5, 103-107.

П . И Л Ь Н И Ц К И , У . М А Т Е Л Ь С К А П Р И М Е Н Е Н И Е У Л Ь Т Р А З В У К О В С Ц Е Л Ь Ю П О Д Г О Т О В К И П О Ч В Е Н Н Ы Х О Б Р А З Ц О В Д Л Я А Н А Л И З А М Е Х А Н И Ч Е С К О Г О С О С Т А В А Проектное бю ро гидромелиорации в Познани Р е з ю м е Ц елью исследовании бы ло определение возможности применения ультразвуков для диспергирования почвенных образцов с особым учётом почв с высоким содержанием орга­ нических веществ, карбоната кальция (С аС О з) и F e20 3. Д ля исследовании бы л применён ультразвуковой генератор УД-250 с частотой 20 кгц и интенсивностью звука 20,40 и 50 вт/см2. Д ля четырёх разновидностей почвы (связный песок, супесь, легкий суглинок, и л) установлено оптымальную интенсивность звука и оптимальную продолжительность воздействия у ль­ тразвуками. Они составляют соотвеётвенно 40 вт/см2 и 4 минуты. При такой интенсивности звука наступает увеличение температуры суспензии на 3,44°С в течение минуты. Новый метод диспергирования образцов почвы при употреблении аммиака и ультразвуков по срав­ нению с употребленем (N a P0 2)6 и смесителя позволяет получить аналогичные резуль­ таты анализа механического состава. Только в случае тяжёлых почв были получены несколь­ ко лучшие, но не имеющие существенного значения результаты, что обнаруживалось не­ больш им увеличением содержания мельчайших илистых частиц. В почвах с больш им со­ держанием органических веществ и железосодержащих, обработка ультразвуками вызы­ вает неболвшое уменьшение содержание коллоидного ила. В карбонатных почвах не уста­ новлено существенной разницы содержания частиц < 0,02 мм но часто наблю далось умень­ шение содержания коллоидного ила. Это, по всей вероятности, связано с флокуляцией м ель­ чайших частиц вследствие удлинённого периода воздействия ультразвуков. Применение ультразвуков является экономически не обоснованным. Так как обеспечивает получение тех же самых результатов, как в случае традиционного метода.

P. IL N IC K I, U . M A T E L S K A

U L T R A S O U N D A P P L IC A T IO N F O R D IS P E R S IO N O F S O IL S A M P LE S F O R P A R T IC L E SIZE A N A L Y S IS

Consulting Engineers Poznań

S u m m a r y

The aim o f the investigations was to ascertain the possibility o f use o f ultrasound application for separation o f soil particles. Special investigation were carried out with humic soils and soils with a great amount o f calcium carbonate or ferri concretions. The supersonic apparatus UD-250

with frequency 20 kH z and sound intensity 20, 40 and 50 W/cm2 was used. In 4 soils (sand, loamy

sand, sandy loam and clay) the optimal sound intensity arid time o f operation from 40 W/cm2

and 4 minutes was determined. A t this sound intensity the soil dispersion temperature increases

to 3,44 С in one minute. The new method by using N H4.OH solution and a supersonic apparatus

has generally given similar dates in particle size analysis as the using o f sodiu m hexametaphosphat and a mechanical mixer. Only in heavy soils we observed a higher, but not significant, amount o f clay particles. In humic and orthic soils the ultrasonic dispersion results in a slight decrease o f clay content. In carbonate soils the percentage o f <0,02 mm particles does not changed, but the amount o f clay size particles is decreased. This results probably in a floculation o f clay particles in the so­ nified medium. The use o f sonic vibration is to expensive and give the same results as the traditional method.

D r hab. P iotr Jlnicki

Biuro P rojektów W odnych M elioracji 60-577 Poznań, ul. D ąbrow skiego 138