СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C05F11/08 C12N1/20 C12N1/20 C12R1/645 C12R1/80 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к производству органо-минеральных удобрений (компостов) из промышленных отходов, в частности гидролизного лигнина, и предназначено для повышения плодородия почв.

Известен способ получения органо-минерального удобрения [Авт. св. 1165674, Б. И. 25, 1985], включающий обработку гидролизного лигнина суспензией микроорганизмов в виде активного ила - отхода биологической очистки сточных вод сульфатно-целлюлозного производства при соотношении гидролизный лигнин : активный ил (1-2,5):1 (по сухому веществу).

Недостатком способа является компостирование в ямах, объем которых не позволяет производить одновременно большие партии компоста. Кроме того, исходное сырье для производства удобрения по данному способу представляет собой отходы различных производств - гидролизно-спиртового (гидролизный лигнин) и сульфатно-целлюлозного (активный ил), так что на каждые 100 кг гидролизного лигнина необходимо 670-1600 л активного ила. Однако в территориальном отношении такие предприятия обычно сильно удалены друг от друга, что делает проблематичной доставку компонентов друг к другу, снижая экономическую эффективность его применения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения удобрения на основе гидролизного лигнина [Патент РФ 2094414, Б.И. 30, 1997), в котором используют опилки и птичий помет, а для ускорения процесса трансформации лигнина в компостную смесь вносят инокулят культуры микромицета Paecilomyces variotii.

К недостаткам этого способа относятся предварительное просеивание гидролизного лигнина и опилок, ежедневное перемешивание, а также необходимость внесения птичьего помета, который не всегда может быть в наличии в необходимом количестве. К тому же компостирование проводят с участием монокультуры, хотя это многостадийный процесс, и ассоциации микроорганизмов (причем не только грибов) более интенсивно расщепляют сложные органические соединения по сравнению с чистыми культурами. В результате обработки гидролизного лигнина по этому способу получается органическое удобрение, внесение которого в почву предполагает дополнительное использование минеральных удобрений.

Целью заявленного изобретения является получение полноценного органо-минерального удобрения на основе лигноцеллюлозных отходов лесохимической промышленности, в частности гидролизного лигнина. Способ основан на активном действии составленной ассоциации непатогенных микроорганизмов, выделенных из отвалов гидролизного лигнина и участвующих в биотрансформации и гумификации лигнина и углеводов в присутствии минеральных добавок (компостировании). В качестве минеральных компонентов для питания микроорганизмов и повышения эффективности удобряющего действия компоста берут ингредиенты, используемые в технологии гидролизно-спиртового производства (известь, сульфат аммония, аммофос, хлорид калия). Микроорганизмы (Daedaleopsis confragosa, Phanerochaete chrysosporium, Penicillium citreo-viride, Trichosporon cutaneum D-46, Trichosporon cutaneum 5, Streptomyces asterosporus) вносят в гидролизный лигнин в виде закваски, полученной путем выращивания названных культур на отрубях. Такая закваска выступает в качестве основного источника продуцентов окислительных и гидролитических ферментов. Соотношение закладываемых на компостирование компонентов - гидролизный лигнин : минеральные добавки : закваска - 19:0,8-1,2:0,1. Для дополнительного питания микроорганизмов, а также с целью утилизации жидких отходов гидролизных и молочных предприятий в смесь перед компостированием может быть добавлена последрожжевая бражка и молочная сыворотка, которые богаты азотом, фосфором, магнием, сахарами, аминокислотами и витаминами. Отходы в компостируемую смесь вносят без предварительного обезвоживания. Влажность компостируемой смеси должна находиться в интервале 55-70%.

Способ может быть осуществлен на территориях, прилегающих к гидролизным заводам - либо в полевых условиях в буртах (с навесами или под открытым небом), либо в установках по получению компостов.

Компост, приготовленный по данному способу, кроме высокой удобрительной способности, обладает комплексом благоприятных для растений физико-химических свойств (влагоемкость, порозность, оптимум рН, отсутствие токсичных химических агентов и т.д.), в результате чего улучшает структуру почв, увеличивает их поглотительную способность, возвращает выпаханным землям первоначальное плодородное состояние. По своим агрохимическим показателям такое органо-минеральное удобрение приближается к верховому торфу, при этом содержит дополнительно остаточные сахара и ростовые вещества, которые обеспечивают повышение урожайности сельскохозяйственных культур, улучшают вкусовые качества продукции. Компост в сочетании с опилками в соотношении 2:1 может являться также основой тепличных грунтов и наполнителя горшочков для рассады. По физико-химическим и санитарным параметрам удобрение соответствует нормам, предъявляемым к компостам на основе лигнина; кроме того, не содержит семян сорняковых растений и фитопатогенных микроорганизмов.

Способ позволяет решить проблему экологически рационального крупномасштабного использования лигноцеллюлозных отходов, расширить номенклатуру выпускаемой продукции и тем самым повысить рентабельность гидролизного производства.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Готовят маточную культуру. В колбу или банку объемом 2 л помещают питательную среду следующего состава:
Мука (пшеничная, соевая, кукурузная или ячменная) - 100 г
Отруби - 100 г
Сахар - 5 - 10 г
Пептон - 1 - 5 г
К₂НРО₄ - 1,5 - 1 г
MgSО₄ - 0,5 - 1 г
MnSО₄ - 0,1 г
Вода - 1 л
После стерилизации в питательную среду вносят суспензию культур микроорганизмов (Daedaleopsis confragosa, Phanerochaete chrysosporium, Penicillium citreo-viride, Trichosporon cutaneum D-46, Trichosporon cutaneum 5, Streptomyces asterosporus) или смесь 5-10 г старого компоста и 100 мл стерильной воды. После тщательного перемешивания колбу оставляют на 4-6 суток при температуре 25-30^oС.

Готовят компостную закваску. Смешивают 15 кг отрубей, 25 л воды и маточную культуру. После тщательного перемешивания массу укладывают в виде бурта и покрывают теплоизоляционным материалом. Через 2-3 суток, когда температура повысится до 45^oС, проводят перемешивание, которое повторяют 3-4 раза в течение 7-9 дней. Изготовленную закваску быстро высушивают на воздухе.

Закладка компоста осуществляется в теплое время года (конец апреля - май). На бетонированной или уплотненной земляной площадке гидролизный лигнин разравнивают слоем около 0,5 м, разбрасывают минеральные компоненты и перемешивают. Таким же образом формируют следующие слои смеси. На 3 т гидролизного лигнина добавляют, кг:
Известь - 36
Сульфат аммония - 75
Аммофос - 27
Хлорид калия - 21
В полученной смеси отношение массы гидролизного лигнина к массе минеральных компонентов равно 19:1. В качестве фосфор- и азотсодержащей добавки можно использовать другие фосфорные и азотные удобрения, а вместо извести - углекислый кальций. Количество этих добавок в таком случае предварительно пересчитывают в зависимости от содержания в них действующего вещества, а соотношение гидролизный лигнин: минеральные компоненты может составлять 19: 0,8-1,2.

Через 3-6 дней (после нейтрализации гидролизного лигнина до рН 6,5-7,0) смесь перемешивают, одновременно внося закваску, и укладывают в бурт дугообразной или конусообразной формы. Наиболее целесообразными являются следующие параметры бурта: ширина у основания 3-6 м, ширина вверху 0,8 м, высота 2-3 м. Длина бурта может быть произвольной. Компостируемую смесь складируют в течение 3-4 месяцев под открытым небом или под навесом. Первое перемешивание проводят через 2-3 недели после закладки, когда температура в центральной части бурта (на глубине 60-70 см) начинает понижаться, а затем еще 2 раза в процессе компостирования (через 7 и 10 недель). Отсутствие подъема температуры после перемешивания служит показателем окончания процесса компостирования.

В течение компостирования отбирали пробы компоста для проведения агротехнических испытаний. Готовый компост (через 3 месяца компостирования) имеет следующие химические показатели:
Влажность - 65-67%
рН_водн - 6,4-6,6
Зола - 18-21%
валовое содержание, %:
Азот - 3,0 - 4,6
Фосфор (P₂О₅) - 4,2 - 4,5
Калий (К₂О) - 2,3 - 2,5
Кальций (СаО) - 0,14 - 0,17
Магний (MgO) - 0,10 - 0,12
Сера - 2,93
содержание подвижных форм, %:
N_{аммиачный} - 1,2 - 2,0
Р₂О₅ - 2,5 - 3,8
К₂O - 1,1 - 1,3
содержание тяжелых металлов (ПДК для почв), мг/кг:
Ртуть - 0,1 (2,1)
Цинк - 30 (100)
Медь - 23 (55)
Свинец - 0,3 (30)
Пример 2. В лабораторных условиях к 2,5 кг гидролизного лигнина добавляют:
Известь - 30 г
Сульфат аммония - 62,5 г
Аммофос - 22,5 г
Хлорид калия - 17,5 г
Последрожжевая бражка (ПДБ) - 250 мл
В полученной смеси содержание ПДБ составляет 0,01%. Концентрация ПДБ может быть увеличена втрое (до 0,03%), если влажность закладываемой на компостирование смеси при этом не превышает 70%. После стерилизации массу инокулируют равным количеством 5-6-суточных культур Daedaleopsis confragosa, Phanerochaete chrysosporium, Penicillium citreo-viride, Trichosporon cutaneum D-46, Trichosporon cutaneum 5, Streptomyces asterosporus общим объемом 120 мл. Компостируемую смесь выдерживают в течение 2 месяцев при 30^oС, перемешивая дважды.

Пример 3. Отличается от примера 2 тем, что вместо 250 мл последрожжевой бражки вносят 140 мл ПДБ и 140 мл молочной сыворотки (МС). При этом в компостируемой смеси ПДБ и МС содержатся в концентрации по 0,005%. В случае, если влажность смеси не превышает 70%, можно внести ПДБ и МС по 0,015%.

Пример 4. Агротехнические испытания проводили на светло-серых лесных почвах опытной деляны учебно-производственного участка Иркутской государственной сельскохозяйственной академии (п. Молодежный) в 1997-1999 гг. Удобрение вносили в почву в сухом виде (2,5 т/га) при посеве.

В работе использовали семена ячменя сорта Неван, пшеницы сорта Ангара-86, овса сорта Крупнозерный, кукурузы сорта Коллективный 100 СВ и гороха в виде смеси сортов (Тася, Марат, Тулунский зеленый). Схема опыта представляла собой однотипное повторение вариантов на используемых культурах при их систематическом расположении на хорошо выравненном земельном участке методом неорганизованных повторений рядов. Оценку эффективности удобрений осуществляли по урожайности (увеличение веса зерна, у кукурузы - веса зелени на силос) относительно контроля.

Данные по урожайности испытанных культур при внесении исходного гидролизного лигнина и образцов компоста разного возраста приведены в табл. 1. Отмечена значительная прибавка урожая всех исследованных культур на компостах 3-месячного возраста. Такой компост повышает урожайность ячменя, овса, гороха в среднем на 45% и кукурузы на силос на 31% относительно контроля, что составляет соответственно 14,7 ц/га и 26,0 т/га. Компост, полученный с использованием микрофлоры в течение 15 месяцев, способствует повышению урожая пшеницы и ячменя в среднем на 13 ц/га по сравнению с контролем.

В табл. 2 приведены данные по урожайности пшеницы и ячменя при внесении компостов, полученных в лабораторных условиях с использованием в качестве дополнительных компонентов последрожжевой бражки и молочной сыворотки. Компосты с этими органическими отходами повышают урожайность пшеницы и ячменя в среднем на 32%, или 9,6 ц/га. При этом повышение урожайности достигалось за счет увеличения массы зерен на 7,7-8,0%.

Таким образом, в процессе обработки гидролизного лигнина ассоциацией микроорганизмов по предлагаемому способу компост обогащается основными питательными элементами, основная часть которых находится в усвояемой растениями форме. Применение компоста в качестве органо-минерального удобрения для зерновых культур показало его высокую эффективность.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, и именно к производству органо-минеральных удобрений из промышленных отходов, в частности из гидролизного лигнина. Гидролизный лигнин подвергают активному воздействию составленной ассоциации непатогенных микроорганизмов, выделенных из отвалов гидролизного лигнина и участвующих в биотрансформации и гумификации лигнина и углеводов в присутствии минеральных добавок (компостировании). В качестве минеральных добавок для питания микроорганизмов и повышения эффективности удобряющего действия компоста в гидролизный лигнин вносят фосфор-, калий-, азотсодержащие добавки и известь или углекислый кальций в соотношении гидролизный лигнин : минеральные добавки 19 : 0,8 - 1,2. В полученную смесь после нейтрализации вносят микробиологическую закваску в виде ассоциации непатогенных микроорганизмов: Daedaleopsis confragosa, Phanerochaete chrysosporium, Penicillium citreo-virede, Trichosporon cutaneum D-46, Trichosporon cutaneum 5, Streptomyces asterosporus в массовом соотношении гидролизный лигнин : закваска 19 : 0,1. Способ позволяет решить проблему экологически рационального использования лигноцеллюлозных отходов, расширить ассортимент удобрений, получить удобрение, содержащее питательные элементы, основная часть которых находится в усвояемой растениями форме. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения органо-минерального удобрения, включающий компостирование гидролизного лигнина с искусственным внесением микроорганизмов, отличающийся тем, что перед компостированием в гидролизный лигнин вносят фосфор-, калий-, азотсодержащие минеральные добавки и известь или углекислый кальций в соотношении гидролизный лигнин : минеральные добавки 19: 0,8 - 1,2, в смесь после нейтрализации вносят микробиологическую закваску в виде ассоциации непатогенных микроорганизмов: Daedaleopsis confragosa, Phanerochaete chrysosporium, Penicillium citreo-viride, Trichosporon cutaneum D-46, Trichosporon cutaneum 5, Streptomyces asterosporus в массовом соотношении гидролизный лигнин : закваска 19: 0,1. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дополнительного питания для микроорганизмов в смесь перед компостированием добавляют последрожжевую бражку в концентрации 0,01-0,03%. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дополнительных компонентов при компостировании гидролизного лигнина используют последрожжевую бражку совместно с молочной сывороткой в концентрации 0,005-0,015%.