СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМИНОВОГО ПРЕПАРАТА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК C05F11/02 

Изобретение относится к области переработки торфа с целью получения водорастворимых гуминовых веществ, используемых в качестве стимуляторов роста и развития растений.

Гуминовые вещества - высокомолекулярные природные органические образования, характеризующиеся нестабильностью химического состава и являющиеся составной частью органического вещества почвы и торфов. Использование гуминового препарата для предпосевной обработки семян или вегетирующих растений оказывает положительное влияние на урожайность всех сельскохозяйственных и декоративных культур, ускоряет сроки их вегетации и повышает устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды: засухе, заморозкам, поражению болезнями и вредителями, улучшает качество получаемой продукции, инактивирует действие тяжелых металлов и радионуклидов.

Наиболее распространенные методы извлечения гуминовых веществ, находящихся в водонерастворимом состоянии в природных гумифицированных материалах, основаны на обработке последних щелочными реагентами с целью получения водорастворимых солей-гуматов.

Щелочная водная экстракция лежит в основе различных способов производства водорастворимых гуматов [1-5]. Общим недостатком вышеупомянутых технических решений является присутствие в конечном продукте остаточной щелочи, оказывающей отрицательное действие на растения, а также наличие значительного минерального балласта, снижающего биологическую ценность получаемого препарата. Кроме того, такие решения предполагают использование сравнительно большого объема щелочи, что увеличивает себестоимость конечного продукта.

Для повышения выхода гуминовых веществ используют окисление неразложившейся органической части торфа пероксидом водорода [6]. Известен способ получения средства для защиты растений от болезней, включающий обработку торфа гидроксидом натрия с окислением полученной массы перекисью водорода в течение 1,5 ч в присутствии цеолитового туфа в качестве катализатора, с последующим отделением жидкой фазы и добавлением в нее водного раствора аммиака [7]. Использование кавитационной обработки торфа в водном растворе щелочи в присутствии пероксида водорода позволяет снизить температуру от 120°С до 60°С и уменьшить продолжительность обработки от 1,5 ч до 30-75 мин.

Известен также способ получения оксигуматов из торфа [8], выбранный в качестве ближайшего аналога и заключающийся в том, что торф сначала обрабатывают 2-10%-ным водным раствором щелочи в течение 15 мин в роторном кавитационном аппарате, а затем в этом же аппарате окисляют пероксидом водорода в количестве от 5 до 20% от массы сухого торфа в течение 15-60 мин при температуре 60°С.

Недостатком вышеуказанных способов является использование перекиси водорода - нестойкого окислителя, быстро разлагающегося при хранении, что требует дополнительных затрат на его транспортировку и хранение. В целом, использование кавитации в технологиях получения гуминовых препаратов дает возможность достижения их высокой физиологической активности, большого выхода водорастворимых органических веществ, протекания реакций гидротермального синтеза.

Известна технологическая установка для приготовления жидких кормов на основе гумифицированных материалов [9], включающая линию для приготовления гуминовых кислот и гуматов, состоящую из весового дозатора, ленточного конвейера, смесителей, кавитационного диспергатора, емкостей для гуминовых веществ.

Недостатком технологической установки является отсутствие оборудования для измельчения исходных гумифицированных материалов, а также использование гидроксидов и карбонатов натрия и калия для окисления торфо-водяной суспензии, повышающих объем минерального балласта в конечном продукте.

Предлагаемый способ, включающий три важные составляющие, позволяет устранить недостатки аналогичных процессов и улучшить качество конечного продукта. Предварительная подготовка воды, заключающаяся в интенсивной гидродинамической обработке, приводит к изменению ее физико-химических свойств, обеспечивая тем самым качественное извлечение из торфа гуматов с высокой биологической активностью. Минимальное количество калийной щелочи, используемое в технологическом процессе и определяемое реакцией нейтрализации водной суспензии торфа (в пропорции 1:3) до рН 6,5-7,5, позволяет избежать наличия избытка щелочного реагента в продукте. Замена в реакции окисления торфяной суспензии пероксида водорода озоном позволяет получить безопасный и качественно новый продукт.

Целевым продуктом предлагаемого способа является гуминовый препарат, содержащий смесь гуминовых кислот, солей гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных продуктов.

Заявляемый способ включает следующие основные этапы:

предварительную подготовку исходных продуктов и их механико-химическую обработку.

Подготовка воды состоит в ее кавитационной обработке, в ходе которой происходит активация воды, что является следствием изменения ее физико-химических свойств. Подготовленная таким образом вода способствует более полному выходу гуминовых кислот.

Этап подготовки сухой щелочи (КОН) предполагает взвешивание необходимого ее количества для проведения технологической операции. Необходимое количество щелочного реагента определяется реакцией нейтрализации водной суспензии торфа (в пропорции 1:3) калийной щелочью до рН 6,5-7,5.

Перед началом технологического процесса торф просеивают на виброгрохоте для удаления крупных включений и подают в весовой дозатор. Из весового дозатора отмеренное количество торфа поступает в реактор-смеситель, где, в ходе диспергирования водо-торфяной суспензии механическим диспергатором, происходит предварительное измельчение торфа.

Технологическая линия для получения гуминового препарата содержит приемный бункер с решеткой, виброгрохот, весовые дозаторы для торфа, воды и сухой щелочи, ленточный конвейер, емкость для воды, реактор-смеситель, кавитатор-активатор воды, озонатор, вихревой гидродинамический кавитационный диспергатор, емкость для гидратации, насос высокого давления, насосы для перекачивания гуминового препарата, грязевой насос для перекачивания осадка, фильтры тонкой и грубой очистки, накопительные емкости, фасовочное оборудование для готового гуминового препарата, оборудование для измерения и контроля физико-химических параметров изготавливаемого продукта.

Базовая функциональная схема технологической линии для осуществления заявляемого способа получения гуминового препарата представлена на Фиг. 1:

1 - приемный бункер с решеткой;

2 - виброгрохот;

3- ленточный конвейер;

4 - дозатор торфа;

5 - дозатор сухого щелочного реагента;

6 - емкость для воды;

7 - насос высокого давления;

8 - кавитатор-активатор воды;

9 - озонатор;

10 - реактор-смеситель;

11 - насос высокого давления;

12 - вихревой гидродинамический кавитационный диспергатор;

13 - емкость гидратации;

14 - грязевой насос;

15 - емкость для осадка;

16 - насос для подачи гуминовых веществ;

17- фильтр грубой очистки;

18 - фильтр тонкой очистки;

19 - накопительные емкости;

20 - насос для подачи гуминового препарата на фасовку;

21 - фасовочно-упаковочное оборудование.

Начинается процесс механо-химической переработки гумифицированного материала с подготовительных операций. Из приемного бункера 1 фрезерный низинный торф со степенью разложения не менее 30% и влажностью не менее 50%, для удаления крупных включений, поступает на виброгрохот 2 с просеивающей поверхностью в виде плоских сит с размером ячеек не более 5 мм. По ленточному конвейеру 3 подготовленный торф поступает в дозатор 4. В дозатор 5 загружается необходимое количество сухой щелочи КОН. Из емкости 6 вода при помощи насоса 7 закачивается в кавитатор-активатор 8, где проходит предварительную гидродинамическую обработку.

Прошедшие предварительную подготовку вода, торф и щелочь в ходе технологического процесса загружаются в реактор-смеситель 10 в пропорции 3:1:0,015-0,020 кг.

Непосредственно процесс переработки гумифицированного материала в гуминовый препарат начинается с загрузки в реактор-смеситель 10 через дозатор 4 подготовленного торфа и воды из кавитатора-активатора 8. В реакторе-смесителе 10, оснащенном механической мешалкой со специальными насадками, а также контрольно-измерительным оборудованием, происходят процессы измельчения торфа, окисление неразложившихся органических веществ, переход гуминовых кислот торфа в соли (гуматы). Процесс перемешивания торфо-водяной суспензии проводится при комнатной температуре в течение 15-20 минут до достижения однородного состава. В ходе предварительного диспергирования торфо-водяная суспензия подвергается обработке озоном при помощи озонатора 9 в течение 5-10 минут, в результате чего происходит окисление неразложившейся органики, насыщение смеси кислородом и ее стерилизация.

После озонирования водно-торфяная смесь подвергается обработке щелочным реагентом, поступающим в реактор-смеситель 10 из дозатора 5. Далее торфо-водяная суспензия подается при помощи насоса высокого давления 11 в вихревой гидродинамический кавитационный диспергатор 12. Вихревой гидродинамический кавитационный диспергатор обеспечивает механическое дробление, эмульгирование, тепловой разогрев и разрушение межклеточных и межмолекулярных связей органического вещества с одновременным обеззараживанием торфа. Во время протекающих кавитационных процессов торфо-водяная суспензия перемешивается и разогревается до 40°С, при этом гуминовые кислоты вступают в реакцию со щелочами с образованием солей гуматов. При необходимости суспензию прогоняют через вихревой гидродинамический кавитационный диспергатор в течение нескольких циклов.

Далее полученная суспензия поступает в емкость для гидратации 13, где выдерживается в течение 72 часов. Процесс гидратации способствует более полному выходу гуминовых веществ и связыванию их молекул в комплексы, оказывающие положительное влияние на растения. Осадок откачивается грязевым насосом 14 в накопительные емкости 15 и утилизируется, а гуминовые вещества при помощи насоса 16 подаются на поэтапную очистку фильтрами грубой очистки 17 и тонкой очистки 18.

Полученный продукт темно-бурого или черного цвета, обладающий высокой сорбционной, ионообменной, комплексообразующей, хелатообразующей, флоккулирующей, коагулирующей и биологической активностью, поступает в накопительные емкости 19. Из накопительных емкостей препарат подается насосом 20 на фасовочно-упаковочное оборудование 21.

Для повышения агрохимической активности, в зависимости от потребностей обрабатываемых почв и выращиваемых культур, в базовый гуминовый препарат добавляются микроэлементы, необходимые для роста и развития растений (кремний, селен, сера, бор и другие) в хелатной форме.

Осуществление заявляемого способа иллюстрируется следующим примером.

Пример. Торф низинный фрезерный со степенью разложения 25-35%, влажностью 55-65% очищается от крупных механических включений и просеивается на виброгрохоте до размера частиц не более 5 мм; 50 кг подготовленного торфа подается в реактор-смеситель. С целью подготовки воды ее заливают в емкость и при помощи насоса высокого давления прогоняют через кавитатор-активатор в течение 5-10 минут (в зависимости от объема жидкости). В ходе такой обработки достигается изменение физико-химических свойств воды, в частности изменение ее окислительно-восстановительного потенциала в щелочную сторону, что способствует увеличению выхода гуминовых веществ торфа. Дозирующее устройство подает 150 л подготовленной воды в реактор-смеситель. После завершения загрузки торфа и воды в реактор-смеситель начинается механическое дробление торфа. В ходе такого предварительного диспергирования суспензия обрабатывается озоном, подающимся под давлением из озонатора в течение 3-5 минут, в результате чего суспензия обогащается кислородом и стерилизуется. Далее в реактор-смеситель вводят 750 г сухой калийной щелочи KOH.

Процесс перемешивания проводится при комнатной температуре в течение 15-20 минут до достижения однородного состава.

Полученную суспензию насосом высокого давления пропускают через кавитационный диспергатор в емкость гидратации. При этом происходит усиленное измельчение частиц торфа и его дополнительная стерилизация (за счет высоких температур, возникающих в кавитационной камере при переработке суспензии). В емкости гидратации торфо-водяную суспензию выдерживают в течение 72 часов для прохождения химических реакций, в ходе которых образуются активные комплексы гуминовых веществ, а также осаждение механических примесей в виде песка и неразложившейся органики. Отделенную жидкую фракцию гуминового препарата перекачивают насосом через фильтры грубой и тонкой очистки в накопительные емкости. Полученный черный с бурым оттенком концентрированный раствор является базовым жидким гуминовым препаратом с содержанием гуминовых кислот не менее 50 г/л и рН 6,5-7,5. Выход готовой продукции составляет 80-95% от объема суспензии. Полужидкий осадок из реактора грязевым насосом перекачивается в емкость для осадка. Осадок торфа (15-20% от объема суспензии) в дальнейшем может быть использован для активации работы микрофлоры при компостировании и ферментации навоза, подготовки субстрата для вермикультуры, улучшения почв и грунтов.

Источники информации

1. Кравченко Р.Н. и др. Технологический режим получения гуматов из торфа и некоторые характеристики препарата. Сборник ″Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения″. Изд. ″Днепропетровский сельскохозяйственный институт″, 1983, с. 62-67.

2. Патент РФ на изобретение №2501304, заявка №2012134932 от 15.08.2012 г., опубл. 20.12.2013 г.

3. Патент РФ на изобретение №2001038, заявка №4940012 от 30.05.1991 г., опубл. 15.10.1993 г.

4. Патент РФ на изобретение №2216528, заявка №2002111888 от 08.05.2002 г., опубл. 20.11.2003 г.

5. Патент РФ на изобретение №2083537, заявка №5063453 от 04.08.1992 г., опубл. 10.07.1997 г.

6. Бамбалов Н.Н., Смычник Т.П. Деструкция гуминовых кислот торфа пероксидом водорода.//Вестник АН БССР. Сер. Химическая. - 1986.

7. Патент РФ на изобретение №2216172, заявка 2002105461 от 28.02.2002 г., опубл. 20.11.2003 г.

8. Патент РФ на изобретение №2370478, заявка №2007134557 от 17.09.2007 г., опубл. 10.04.2009 г.

9. Патент РФ на изобретение №2316227, заявка №2006113749 от 21.04.2006 г., опубл. 10.02.2008 г.

Изобретения относятся к сельскому хозяйству. Способ получения гуминового препарата включает предварительную гидродинамическую обработку воды, измельчение торфа и приготовление водно-торфяной суспензии, озонирование водно-торфяной суспензии, воздействие щелочным реагентом, кавитацию, гидратацию и отделение жидкой фракции, причем количество щелочного реагента, необходимого для обработки торфо-водяной суспензии, определяется реакцией нейтрализации водной суспензии торфа (в пропорции 1:3) калийной щелочью до pH 6,5-7,5. Также описана технологическая линия для осуществления способа получения гуминового препарата. Изобретения позволяют улучшить качество конечного продукта. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Способ получения гуминового препарата, включающий предварительную гидродинамическую обработку воды, измельчение торфа и приготовление водно-торфяной суспензии, озонирование водно-торфяной суспензии, воздействие щелочным реагентом, кавитацию, гидратацию и отделение жидкой фракции, отличающийся тем, что количество щелочного реагента, необходимого для обработки торфо-водяной суспензии, определяется реакцией нейтрализации водной суспензии торфа (в пропорции 1:3) калийной щелочью до pH 6,5-7,5.

2. Технологическая линия для осуществления способа получения гуминового препарата, включающая приемный бункер с решеткой, виброгрохот, ленточный конвейер, дозатор торфа, дозатор сухого щелочного реагента, емкость для воды, насос высокого давления, кавитатор-активатор воды, озонатор, реактор-смеситель, оснащенный механической мешалкой и контрольно-измерительным оборудованием, насос высокого давления, вихревой гидродинамический кавитационный диспергатор, емкость гидратации, грязевой насос, емкость для осадка, насос для подачи гуминовых веществ, фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки, накопительные емкости, насос для подачи гуминового препарата на фасовку, фасовочно-упаковочное оборудование.