СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМАТИЗИРОВАННОГО ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК C05F11/00 

Изобретение относится к производству органических удобрений, обладающих высокой агрохимической эффективностью, питательной ценностью и пролонгированным периодом действия.

Удобрения могут быть использованы как стимулирующие рост корневой и наземной части растений, для улучшения структуры почвы, заменитель других органических удобрений (торф, навоз, компост). Они предназначены для повышения урожайности и качества при выращивании всех видов сельскохозяйственной продукции.

В качестве растительных отходов используются древесные отходы различных производств и отходы переработки сельскохозяйственного сырья: початки кукурузы, хлопковая, подсолнечная, овсяная, рисовая шелуха, солома и т.д.

Древесные отходы (кора, опилки, щепа) кроме органики содержат, хотя и в небольшом количестве, все элементы минерального питания растений, которые становятся доступными лишь в процессе минерализации. В состав коры входят азот 0,5%, P₂O₅ - 0,05-0,15%, К₂О - 0,45%, СаО более 2,5%. Кора имеет высокую сорбционную способность, например, к аммиачному азоту, она составляет 2,8-3%. В измельченном виде кора имеет низкую плотность 0,15-0,18 г/см³, высокую влагоемкость 200-250%, фильтрационную способность. Содержание некоторого количества опилок в древесных отходах за счет их плотности 0,2-0,3 г/см³, высокой пористости и водоудерживающей способности оказывает положительное действие на водно-физические свойства почвы.

Преимущество древесных отходов перед другими органическими удобрениями - это полное отсутствие сорных семян и высокий гумусообразовательный потенциал.

В состав растительных отходов входят углеводы, гемицеллюлозы, клетчатка, целлюлоза, лигнин и микроэлементы, то есть все, что является питанием для микроорганизмов.

Известен способ получения органического удобрения на специальной установке из различных древесных отходов путем добавления азотной составляющей и кальция, а для ускорения разложения дубильных веществ - сернокислой меди. При этом рН повышается до 11, температура до 60-70°С. Затем рН падает до 5,8, температура до 40°С. Через 2-6 дней продукт готов к использованию при соотношении C:N в нем 2-10:1 (в книге: Довбан и др. Производство и применение органических удобрений в сельском хозяйстве зарубежных стран и возможности использования их в Белорусской АССР. - Минск, 1985, с. 53).

Известен способ получения органического удобрения из измельченной коры путем взаимодействия ее с водным раствором мочевины и фосфорной кислоты при 80-100°С. Обработанная по этому режиму кора высушивается при 110°С и расфасовывается в мешки (Использование древесной коры в народном хозяйстве. - М.: Лесная промышленность, 1976, с. 103).

Наиболее близким по технической сущности является способ обработки измельченной древесной коры паром при 130°C с последующим смешением с азотосодержащйми отходами (пивная барда, отходы кожи, тряпье) с влажностью 40% в количестве 1-6% от веса коры, в качестве гуминовых веществ используют измельченный торф. Массу перемешивают и дополнительно обрабатывают паром при температуре 90°С (патент 2843218, ФРГ, МКИ С 05 F 5/00, опубл. 11.12.80).

Недостатком способа является добавка гуминовой составляющей в виде сырья, ее содержащего (торф). Для активации получаемых удобрений требуется время на разложение гуматизированного сырья с выделением ее гуматной составляющей, что снижает стимулирующее действие удобрения.

Кроме того, так как содержание гуминовых веществ в торфе невелико, приходится вносить его большое количество, что затрудняет перевозку и сбыт таких удобрений.

Задачей изобретения является разработка гуматизированных органических удобрений из экологически чистых отходов целлюлозно-бумажного, деревоперерабатывающего и лесозаготовительных производств и продуктов переработки сельскохозяйственных отходов с целью промышленного получения новых удобрений высокой агрохимической ценности ускоренным способом.

Технический результат заключается в ускорении процесса компостирования и получения удобрения, полностью заменяющего торф, навоз и другие органические удобрения.

Применение таких органических удобрений снижает норму внесения минеральных удобрений на 25-60%. Задача решается следующим образом.

Гуматизированные органические удобрения получают путем пропаривания или выварки измельченных древесных или сельскохозяйственных отходов, смешения с пропиточным раствором и дальнейшей активации путем воздействия термического перепада, что достигается добавлением холодного пропиточного раствора при 10-20°С в горячую древесную массу при температуре 120-130°С с дальнейшим прогревом при 80-100°С в течение 0,5-1 ч и выдержкой при комнатной температуре в течение не менее 24 ч.

В качестве пропиточного раствора используют смесь, состоящую из 0,2-6% натриевых или калиевых солей гуминовых кислот, полученных из растительного сырья, торфа или угля, и азотосодержащей составляющей с общим содержанием азота 5-10% (мочевина, аммиачная селитра).

В качестве дополнительной активирующей биодобавки после выдержки гуматизированного органического удобрения по одному из вариантов добавляется при перемешивании бактериальная культура в количестве 0,1-0,5 г на 1 кг сухого удобрения и выдерживается при 20-25°C не менее 24 ч.

В качестве гуминовой составляющей используются гуминовые вещества из различного вида сырья; лигносульфоната (отхода целлюлозно-бумажного производства), торфа, бурого угля, сапропеля. Гуминовые вещества представляют собой органические вещества, действие которых в почве многофункционально: они извлекают питательные вещества и транспортируют их в растения, являются защитой от проникновения в продукцию токсичных и вредных для человека веществ, определяют структуру и плодородие почв, стимулируя развитие микроорганизмов. Кроме того, на генетическом уровне гуминовые вещества интенсифицируют обменные процессы в клетке, увеличивают проницаемость клеточных стенок, что облегчает попадание питательных веществ внутрь клетки и регулирует ее процессы дыхания.

При внесении гуматизированных органических веществ в почву стимулируется развитие всех почвенных микроорганизмов - грибов, бактерий и актиномицетов, увеличивается аэрация почв, обеспечивается окислительная активность микробов. Все это приводит к быстрому разложению самого органического удобрения.

В качестве азотной составляющей используется мочевина, которая при нагревании в щелочной среде гидролизуется с выделением аммиака. Условия для гидролиза (щелочная среда) создаются за счет введения лигногумата, имеющего рН 9-9,5. Количество мочевины 5-10% от абс. сухих отходов позволяет получить при полном гидролизе ее 3-6 кг аммиака на 100 кг древесных отходов.

При уменьшении нормы внесения мочевины в пропиточный раствор ниже 5% не удается достигнуть агрохимического эффекта при использовании удобрений по отработанным нормам внесения его в почву. При увеличении нормы мочевины выше 10% количество выделившегося аммиака превышает предел поглощения аммиака влажными древесными отходами.

Для достижения технического результата по увеличению агрохимической ценности гуматизированных органических удобрений древесные отходы подвергаются активации путем воздействия термического перепада, что достигается добавлением холодного пропиточного раствора при 10-20°С в горячую пропаренную древесную массу. При обработке древесной массы паром происходит разогрев древесины, при этом расширяющийся воздух и водяной пар, находящиеся внутри пор, выталкиваются наружу. Если образец, нагретый в парогазовой среде, мгновенно поместить в холодный раствор, то вследствие охлаждения древесной массы происходит капиллярная конденсация в полостях клеток древесины. Создавшийся вакуум будет способствовать более глубокой пропитке. Кроме того, при пропаривании частично расплавляются и смолистые вещества, также освобождая поры.

Процесс глубины пропаривания древесных и сельскохозяйственных отходов зависит от состава их и породы исходной сырья. Пропаривание древесных и коровых отходов проходит по-разному, так как даже плотность коры из-за развитой корки значительно выше, чем у основной древесины. Чем больше температурный перепад между нагретым образцом и пропиточным раствором, тем глубже происходит пропитка. Так, при температуре раствора 20°С пропитка достигает предельной степени насыщения примерно через 30-40 мин, тогда как при более высокой температуре пропиточного раствора (60°С) можно достичь той же степени насыщения только через 3 ч. Остатки древесины, опилки, щепа поглощают примерно на 30-40% больше пропиточного раствора, чем волокна коры.

В процессе пропитки за счет создавшегося вакуума пропиточный раствор проникает в глубь пор, где в процессе прогрева при температуре 96-98°С в течение 1 ч и происходит гидролиз мочевины. Учитывая, что процесс гидролиза мочевины в таких условиях идет медленно, предусмотрена выдержка продукта без нагрева еще не менее 24 ч. При первом появлении запаха аммиака продукт считается готовым. При обработке паром или выварке сельскохозяйственных отходов происходит размягчение массы, набухание волокон, ослабление связи между лигнином и целлюлозой за счет перехода части полисахаридов в раствор, также рыхление клеточной ткани.

В результате таких действий при попадании в почву органического удобрения почвенные микроорганизмы быстрее разлагают древесные отходы, чем и достигается агрохимический эффект (табл.3).

Для расширения номенклатуры органических удобрений предложено внести вместе с удобрениями почвенные сапрофитные бактерии. Эти бактерии широко распространены и обладают способностью разлагать труднорастворимые минеральные соединения почвы (силикаты, алюмосиликаты, апатиты, фосфориты) с освобождением калия, натрия, фосфора, которые становятся доступными для растений. Кроме того, они продуцируют физиологически активные вещества, стимулирующие рост растений и защищающие их от фитопатогенов.

Особенностью этих бактерий, благодаря которой они получили название “слизистой бациллы”, является наличие слизистой капсулы, на 95% состоящей из полисахаридов. На гуматизированное органическое удобрение они наносятся в споровом виде в количестве 0,1-0,5 г на 1 кг сухого вещества, масса перемешивается и выдерживаются не менее 24 ч. За это время удобрение приобретает специфический запах и слизистую поверхность.

Внесение культуры в количестве менее 0,1г потребует увеличение выдержки на созревание, т.е. времени на размножение культуры. Внесение более 0,5 г мало изменяет конечную концентрацию культуры после размножения, но увеличивает экономические затраты. Внесение в почву бактерий в споровой форме обеспечивает лучшую приживаемость микроорганизмов в условиях антагонизма со стороны почвенной биоты.

Сравнение удобрений без бактериальной добавки и с ней показали стабильное увеличение урожая, причем само гуматизированное органическое удобрение увеличивает урожай на 30%, как и полученный в течение 2 лет компост, а удобрение с бактериальной добавкой до 42-45% (табл.1).

Кроме того, по биохимическому составу готовой продукции картофель, выращенный с внесением заявляемых гуматизированных органических удобрений с биологической добавкой и без нее, повышает качество продукции по всем анализируемым параметрам (табл.2).

Пример 1. Для обработки используют древесные отходы ОАО “Выборгская целлюлоза”.

Характеристика исходного сырья: массовая доля влаги - 65,0%; массовая доля фракции с размером частиц 7-10 мм - 75,0%; массовая доля коры - 60,0%.

В реактор загружают 2,85 кг измельченных древесных отходов с влажностью 65% и обрабатывают острым паром в течение 0,5 ч при температуре 130°С. Затем через форсунку при перемешивании впрыскивают холодный с температурой 18°С пропиточный раствор, состоящий из 250 мл 12%-ного раствора лигногумата и 50 г мочевины, растворенной в нем. После обработки пропиточным раствором массу нагревают до температуры 90°С и выдерживают 1 ч. Затем охлаждают и выдерживают не менее суток до появления запаха аммиака.

Характеристика гуматизированного органического удобрения: массовая доля влаги - 70%; массовая доля общего азота - 8,9%; рН водной вытяжки - 8,6.

Пример 2. Для обработки используют измельченную пшеничную солому.

Характеристика исходного сырья: массовая доля влаги - воздушно-сухая, %; массовая доля фракции с размером частиц 7-10 мм - 70,0%; содержание лигнина - 27,5%.

В реактор загружают 1кг измельченной соломы и обрабатывают ее в течение 3 ч водяным паром при температуре 120°С. Затем через форсунку впрыскивают при перемешивании холодный пропиточный раствор с температурой 20°С, состоящий из 250 мл 12%-ного раствора лигногумата и 50 г мочевины, растворенной в нем. После обработки пропиточным раствором массу нагревают до температуры 98°С в течение 0,5 ч. Затем охлаждают и выдерживают не менее 24 ч до появления запаха аммиака.

Характеристика гуматизированного органического удобрения: массовая доля влаги - 68,3%; массовая доля общего азота - 7,3%; рН водной вытяжки - 7,5.

Пример 3. Для обработки используют древесные отходы с характеристикой, аналогичной примеру 1.

Обработка древесных отходов производится аналогично примеру 1.

После появления в готовом продукте запаха аммиака в треть массы вносится бактериальная добавка Bacillus mucilaginosus в количестве 0,3 г в споровом состоянии. Массу тщательно перемешивают, затем добавляют остальную часть гуматизированного удобрения и снова тщательно перемешивают. Затем массу оставляют на вызревание не менее 24 ч. Готовый продукт имеет специфический запах и слизистую поверхность.

Характеристика продукта с бактериальной добавкой: массовая доля влаги - 65%; массовая доля общего азота - 7,3%; массовая доля живых клеток - 10^-8; рН водной вытяжки - 7,0.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в производстве органических удобрений, обладающих высокой агрохимической эффективностью, питательной ценностью и пролонгированным действием. Способ включает высокотемпературную пропарку измельченных растительных отходов, смешение с пропиточным раствором и выдержку. Пропаренную массу измельченных растительных отходов подвергают активации воздействием термического перепада путем добавления в горячую растительную массу при температуре 120-130°С холодного пропиточного раствора с температурой 10-20°С, представляющего собой смесь натриевых или калиевых солей гуминовых кислот, полученных из растительного сырья, торфа или угля, и азотсодержащей составляющей с общим содержанием азота 5-10%. Затем активированную пропаренную массу прогревают при температуре 80-100°С в течение 0,5-1 ч и выдерживают при температуре 20-25°С в течение не менее 24 ч. Изобретение позволяет ускорить процесс компостирования и получения удобрения. 3 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения гуматизированного органического удобрения из измельченных растительных отходов, включающий высокотемпературную пропарку, смешение с пропиточным раствором и выдержку, отличающийся тем, что пропаренную массу измельченных растительных отходов подвергают активации воздействием термического перепада путем добавления в горячую растительную массу при температуре 120-130°С холодного пропиточного раствора с температурой 10-20°С, представляющего собой смесь натриевых или калиевых солей гуминовых кислот, полученных из растительного сырья, торфа или угля, и азотсодержащей составляющей с общим содержанием азота 5-10%, с последующим прогревом при температуре 80-100°С в течение 0,5-1 ч и выдержкой при температуре 20-25°С в течение не менее 24 ч.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растительных отходов, используют измельченные древесные отходы различных производств и отходы от переработки сельскохозяйственного сырья: початки кукурузы, хлопковая, подсолнечная, овсяная, рисовая шелуха, солома и т.д.3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пропиточный раствор содержит в пересчете на абсолютно сухую массу 1-6% натриевых или калиевых солей гуминовых кислот и 5-10% азотной составляющей.4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что после выдержки массы при температуре 20-25°С в готовый продукт дополнительно вносят культуру сапрофитных бактерий в количестве 0,1-0,5 г на 1 кг сухого продукта, перемешивают и выдерживают при температуре 20-25°С не менее 24 ч.