ПИТАТЕЛЬНЫЙ ТОРФЯНОЙ БРИКЕТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК A01G9/10 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при получении питательных торфяных брикетов для выращивания растений. Питательные торфяные брикеты могут служить полноценной заменой дерновой земли и использоваться для оперативного формирования плодородного слоя на непригодных для земледелия площадях, аридных, истощенных за счет интенсивного земледелия и загрязненных промышленными выбросами территориях; в ландшафтном озеленении для строительства газонов и клумб; для озеленения и укрепления откосов авто- и железнодорожных магистралей; в личных подсобных хозяйствах и при сельскохозяйственном производстве для устройства теплиц и парников.

Расширение областей применения торфа в качестве ценного органо-минерального сырья для производства удобрений, питательных субстратов, мелиорантов способствует повышению эффективности сельскохозяйственного производства и восстановления почвенного плодородия.

Известна растительная смесь для выращивания газонов, содержащая почву (супесчаную/суглинистую/чернозем), торф и песок (Приусадебное хозяйство, М., 1986 г., №2, с.75). Полученная смесь характеризуется достаточно высокими питательными свойствами и агрономически ценной структурой. Однако применение формованных брикетов на основе торфа для создания плодородного слоя в ландшафтном озеленении и при рекультивации территорий гораздо перспективнее, чем использование привозного рассыпного торфогрунта за счет значительного снижения транспортных расходов, сроков строительства и трудозатрат. Кроме того, плодородный слой, созданный на основе рассыпного грунта, не защищен от водной и ветровой эрозии, особенно на откосах авто- и железнодорожных магистралей.

Известны брикеты, полученные путем прессования сухого торфа с питательными веществами, и способ их получения (Справочник по торфу. М.: Недра, 1982 г., с.448-451).

При прессовании известных брикетов не используются связующие и активаторы, способные задействовать потенциал торфа как уникального источника гумуса, микрофлоры, макро- и микроэлементов. Это приводит к получению брикетов с недостаточной прочностью и питательной ценностью.

Известен торфяной брикетированный мелиорант, полученный прессованием сырьевой смеси, состоящей из торфа с питательными элементами, в которую перед прессованием добавлен раствор лигносульфонатов (Патент РФ №2082747, C10F 7/00, 1997 г.).

Лигносульфонаты обладают универсальными свойствами поверхностно-активных веществ и увеличивают гидрофильность и прочность брикета, однако добавление их к торфу не приводит к повышению питательной ценности брикета, поскольку сами лигносульфаты устойчивы к биоразложению и не влияют на способность к трансформации органической составляющей торфа.

Известна композиция для формования брикетов, содержащая сухой верховой торф (влажность 15-20%) 60-70 мас.%, питательные минеральные добавки, доломитовую муку для регулирования кислотности, древесные опилки, биогумус для увеличения питательной ценности и сульфированный лигнин в качестве связующего (Патент РФ N 2029461, A01G 31/00, 1995 г.).

Биогумус является стимулятором роста растений, однако использование крупнодисперсного верхового торфа и опилок в качестве основы брикета (до 75 мас.%) не позволяет добиться оптимальных показателей его агрономической ценности. Крупные волокна верхового торфа обладают повышенной адгезией и устойчивостью к биоразложению, и вследствие этого крупнодисперсный торф характеризуется плохой смачиваемостью и низкой питательной ценностью. Кроме того, несепарированный верховой фрезерный торф характеризуется размером частиц в весьма широком диапазоне - от тонкой пыли до довольно крупных кусков (в поперечнике свыше 30 мм), что приводит к образованию неоднородной структуры и снижает прочность брикетов.

Наиболее близким по составу к заявляемому изобретению является композиция для формирования брикетов для выращивания растений, преимущественно для сборного газона, содержащая мелкодисперсный верховой торф со степенью разложения 10-15% со средним размером частиц 0,2-0,5 мм, дерн до 98%, минеральные удобрения, и/или стимуляторы роста, и/или сапропель (патент РФ №2148904, кл. A01G 9/10, 20.05.2000). Способ производства брикетов на основе этой композиции включает подготовку верхового торфа (измельчение до средневзвешенного размера частиц 0,2-0,5 мм), сушку (в печах до влажности преимущественно 20-40%) и формование брикетов.

Одним из важнейших недостатков композиции и способа производства брикета по прототипу является использование больших количеств (до 98) дерна, богатого гумусом и питательными веществами. В соответствии с обязательными требованиями к рекультивации земель, нарушенных в результате хозяйственной деятельности человека (при разработке полезных ископаемых, строительстве линейных сооружений, проведении геологоразведочных, изыскательских и других работ), плодородный слой почвы должен быть сохранен и преимущественно использован на месте (Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель. ГОСТ 17.5.3.04-83 (СТ СЭВ 5302-85). Заготовка дерна, не обусловленная производственной необходимостью, запрещена в промышленных масштабах, т.к. приводит к возникновению условий для эрозии почвы и нарушению баланса, значительному выносу питательных компонентов и гумуса, нарушению структуры почвы.

В связи с этим использование дерна в производстве брикетов целесообразно ограничить без снижения питательной ценности и прочности формованного продукта.

Недостатками способа также являются высокая трудоемкость, энергозатраты и пожароопасность (мелкодисперсный торф при нагревании склонен к самовоспламенению и взрыву). Пересушивание торфа также приводит к значительному снижению водопоглощения за счет изменения его структуры и деструкции функциональных групп, ответственных за сорбцию воды.

Заявленное изобретение позволяет устранить указанные недостатки за счет того, что содержание дерново-подзолистой/суглинистой почвы в смеси для формования питательных торфяных брикетов снижено до 20-40 мас.%, степень измельчения верхового торфа ограничена размером частиц до 10-20 мм, влажность - до 40-60%, а для сохранения прочности и питательной ценности брикетов в состав введены: мелкодисперсная фракция низинного торфа высокой степени разложения (10-15 мас.%) и компост, полученный аэробной ферментацией подстилочного навоза КРС, (5-10 мас.%). Смесь для формования питательных брикетов по настоящему изобретению может содержать минеральные удобрения, и/или стимуляторы роста, и/или различные раскислители, и/или семена растений.

Измельченный низинный торф (размер частиц 2-5 мм) с высокой степенью разложения (не менее 20%) является связующим веществом, способным образовывать компактные коагуляционные сетчатые структуры за счет высокого содержания растворимых фульвокислот и гуминовых кислот. Введение измельченного низинного торфа в смесь верхового торфа с сохраненной волокнистой структурой и дерново-подзолистой/суглинистой почвы способствует получению прочных структур также благодаря эффекту армирования. Это позволяет увеличить влажностный диапазон прессуемости полученной смеси, снизить крошимость и повысить прочность конечной продукции. Опытным путем установлено, что оптимальная концентрация низинного торфа для получения заданной прочности брикета 10-15 мас.%.

Предпочтительно, чтобы дерново-подзолистая/суглинистая почва, используемая для производства формовочной смеси, соответствовала следующим агротехническим требованиям: плотность - 0,9-1,2 г/см³; гранулометрический состав - 2-5 мм; засоленность почвы - не более 0,1-0,2 мас.%; отсутствие засоренности нежелательными растениями (крапива, борщевик и др.), строительным и бытовым мусором.

При выборе оптимальной степени измельчения верхового торфа следует помнить о том, что достижение положительного эффекта повышения влагоемкости сопровождается отрицательным эффектом снижения прочности готовых брикетов. Известно, что чем "жестче" режим сушки и выше дисперсность торфа, тем более высоких значений достигают градиенты внутренних напряжений и большее количество микродефектов появляется в объеме сушимого материала, что приводит к снижению прочности готовой продукции.

Измельчение торфа приводит к увеличению его влагоемкости также лишь до определенного предела. Научно доказано, что измельчение более 0,2 мм приводит к обратному эффекту, т.к. размер полостей клеток растений-торфообразователей, определяющих влагоемкость верхового торфа, составляет 0,16-0,20 мм (Солопов С.Г. Влияние дисперсности на структуру и физико-механические свойства торфа в связи с задачей получения качественного кускового топлива из залежей с пониженной влажностью. Труды Инсторфа, №1 (54), стр. 55-74).

При использовании торфа дисперсностью 10-20 мм достигается достаточная влагоемкость брикета (способность удерживать влагу сорбционными и капиллярными силами), при этом сохраняется волокнистая структура, определяющая прочность брикета.

Сохранение свойственной торфу от природы волокнистой структуры позволяет также обеспечить высокую воздухопроницаемость брикетов и сформированного на их основе плодородного слоя. Проходимость почвы для воздуха и связанное с этим обогащение ее кислородом имеют большое гигиеническое значение, связанное с биохимическими процессами окисления, протекающими в почве и способствующими ее самоочищению.

Положительное влияние низинного торфа на агрономическую ценность полученных брикетов заключается также в высоком содержании кальция, который способствует интенсификации процесса распада органического вещества в корнеобитаемом слое, нейтрализуя кислотность и интенсифицируя микробиологическую деятельность.

Компост, полученный аэробной ферментацией подстилочного навоза КРС, за счет содержащихся в нем полезных микроорганизмов, активных ферментов и витаминов также выполняет функцию биоактиватора разложения торфа с образование гуминовых соединений. Внесение компоста в концентрации 5-10 мас.% создает очаги биоактивации в смеси. Внесение компоста в большей концентрации нецелесообразно, так как может привести к снижению прочности брикета и удорожанию готовой продукции.

Способ получения питательного торфяного брикета заявленного состава включает подготовку торфа и дерново-подзолистой/суглинистой почвы (сушку, очистку от посторонних включений, измельчение), последовательное смешивание компонентов в заданных концентрациях, формование брикетов. При этом в качестве связующего используют измельченный низинный торф высокой степени разложения - 10-15 мас.%, а в качестве питательного компонента и активатора процессов биоразложения - компост (полученный аэробной ферментацией подстилочного навоза КРС) - 5-10 мас.%.

Предпочтительно, если низинный торф измельчают до средневзвешенного размера частиц 2-5 мм. Предпочтительно, если используют низинный торф со степенью разложения не менее 20%.

При необходимости в состав смеси перед формованием вводят специальные добавки (минеральные соединения макро- и микроэлементов, ускорители роста, известь или доломитовую муку, или другие раскислители) для получения максимально обогащенного субстрата с оптимальным pH, для достижения быстродействующего эффекта при выращивании различных культур.

Для сокращения сроков рекультивации, строительства клумб и газонов в смесь перед формованием могут быть помещены семена растений.

Полученные заявленным способом экологически чистые экономичные питательные торфяные брикеты характеризуются достаточной прочностью, высокой влагоемкостью, высоким содержанием гумуса, полезной микрофлоры, питательных элементов.

Изобретение в общем случае реализуется следующим образом. Предварительно готовят компост путем аэробной двухстадийной ферментации подстилочного навоза КРС с прерывающейся аэрацией воздухом снизу-вверх, при этом первая стадия протекает в мезофильном режиме при 25-30°C, вторая - в термофильном при 65-80°C.

Из буртов предварительного хранения просушенный в естественных условиях фрезерный торф (влажность 60%) и дерново-подзолистая/суглинистая почва при помощи погрузчиков загружается в предварительную ступень просеивания, где происходит отделение крупных частиц и инородных предметов (древесные остатки, камни, мерзлоты и т.д.) размером более 100 мм.

Далее компоненты поступают на ленточный транспортер и подаются в барабан просеивателя. В качестве просеивающей поверхности используется сетка с ячейками 20×20 мм. Частицы размером более 20 мм поступают в емкость приема отходов.

После сепарации верховой торф может быть досушен в печах до влажности 40%. Низинный торф измельчается в дробилке известным способом до размера частиц 2-5 мм и проходит через вибросито. Фракция с размером частиц более 5 мм направляется на повторное измельчение.

Подготовленные компоненты смешиваются последовательно в следующих концентрациях, мас.%: верховой торф - 50-60, дерново-подзолистая или суглинистая почва - 20-40, измельченный низинный торф высокой степени разложения - 10-15, компост КРС - 5-10.

После смешивания из полученной смеси производят формование брикетов различной формы на известном оборудовании (например, поршневой шнековый агрегат) под давлением 100-180 кг/см². Оптимальная величина давления устанавливается для каждого конкретного состава смеси.

Готовые брикеты при необходимости могут быть досушены. Брикеты транспортируются в мешках полиэтиленовых, мешках бумажных, ящиках из гофрированного картона, ящики дощатых деревянных, ящиках полимерных многооборотных и другой таре, обеспечивающей сохранность продукции, либо навалом без упаковки.

Предлагаемое техническое решение является промышленно применимым. Для его реализации используется классическое несложное оборудование: смесители, дробилки, вибросита, прессы.

Применимость изобретения иллюстрируется следующим примером, не ограничивающим изобретение.

Пример

Из буртов предварительного хранения верховой торф влажностью 60% - 55 кг, низинный торф влажностью 60% - 12 кг, дерново-подзолистая почва влажностью 40% - 8 кг при помощи погрузчиков поочередно загружаются в предварительную ступень просеивания, где происходит отделение крупных частиц и инородных предметов (древесные остатки, камни, мерзлоты и т.д.) размером более 100 мм.

Очищенные компоненты и готовый компост влажностью 50%, полученный аэробной ферментацией подстилочного навоза КРС с прерывающейся аэрацией воздухом снизу-вверх, при этом первая стадия протекает в мезофильном режиме при 25-30°C, вторая - в термофильном при 65-80°C, поочередно поступают на ленточный транспортер и подаются в барабан просеивателя. В качестве просеивающей поверхности используется сетка с ячейками 20×20 мм. Частицы размером более 20 мм поступают в емкость приема отходов.

Низинный торф измельчается в дробилке до размера частиц 2-5 мм и проходит через вибросито. Фракция с размером частиц более 5 мм направляется на повторное измельчение.

Далее в верховой торф добавляют древесно-подзолистую почву и перемешивают при комнатной температуре в течение 20 мин. Затем в полученную смесь добавляют измельченный низинный торф, перемешивают при комнатной температуре в течение 20 мин. Затем в полученную смесь добавляют компост КРС, перемешивают при комнатной температуре в течение 20 мин.

После смешивания из полученной смеси производят формование цилиндрических брикетов на поршневом шнековом агрегате под давлением 160 кг/см².

Полученные брикеты направляются на упаковку в полиэтиленовые пакеты.

Готовые питательные брикеты характеризуются достаточной прочностью (менее 0,8% потерь от массы при стандартных механических воздействиях), высокой влагоемкостью (1,08 кг/кг), высоким содержанием гумуса (5,8 мас.%), полезной микрофлоры, питательных элементов.

Изобретения относятся к сельскому хозяйству. Смесь для формования питательных торфяных брикетов содержит, мас.%: дерново-подзолистую или суглинистую почву - 20-40, верховой торф - 50-60, измельченный низинный торф высокой степени разложения в качестве связующего - 10-15, компост, полученный аэробной ферментацией подстилочного навоза КРС, в качестве питательного компонента и активатора процессов биоразложения - 5-10. Способ получения питательного торфяного брикета включает подготовку торфа и дерново-подзолистой или суглинистой почвы (сушку, очистку от посторонних включений, измельчение), последовательное смешивание компонентов в заданных концентрациях, формование брикетов, причем в качестве связующего используют измельченный низинный торф высокой степени разложения - 10-15 мас.%, а в качестве питательного компонента и активатора процессов биоразложения - компост (полученный аэробной ферментацией подстилочного навоза КРС) - 5-10 мас.%. Изобретения позволяют получить экологически чистые экономичные питательные торфяные брикеты, характеризующиеся достаточной прочностью, высокой влагоемкостью, высоким содержанием гумуса, полезной микрофлоры, питательных элементов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Смесь для формования питательных торфяных брикетов, содержащая, мас.%: дерново-подзолистая или суглинистая почва - 20-40, верховой торф - 50-60, измельченный низинный торф высокой степени разложения в качестве связующего - 10-15, компост, полученный аэробной ферментацией подстилочного навоза КРС, в качестве питательного компонента и активатора процессов биоразложения - 5-10.

2. Смесь для формования питательных торфяных брикетов по п. 1, отличающаяся тем, что используют низинный торф с размером частиц 2-5 мм.

3. Смесь для формования питательных торфяных брикетов по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что используют низинный торф со степенью разложения не менее 20%.

4. Смесь для формования питательных торфяных брикетов по п. 1-3, отличающаяся тем, что используют верховой торф влажностью 40-60%.

5. Смесь для формования питательных торфяных брикетов по п. 1-4, отличающаяся тем, что используют верховой торф с размером частиц 10-20 мм.

6. Способ получения питательного торфяного брикета, включающий подготовку торфа и дерново-подзолистой или суглинистой почвы (сушку, очистку от посторонних включений, измельчение), последовательное смешивание компонентов в заданных концентрациях, формование брикетов, отличающийся тем, что в качестве связующего используют измельченный низинный торф высокой степени разложения - 10-15 мас.%, а в качестве питательного компонента и активатора процессов биоразложения - компост (полученный аэробной ферментацией подстилочного навоза КРС) - 5-10 мас.%.