Способ получения концентрированного почвенного раствора обогащённого Российский патент 2019 года по МПК C05F11/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к производству средств повышения плодородия и улучшения экологии, и может быть использовано как в частных мелкотоварных производствах, так и в крупнотоварном промышленном производстве. Основным средством для производства растительной продукции является почва. Из всех видов почв наибольшей биологической активностью обладает естественный чернозем, черный цвет которому придает повышенное содержание гумуса. Чернозем отличается не только повышенным содержанием гумуса, но и составом почвенных обитателей, и комковатой воздухо- и влагопроницаемой структурой, создающей комфортные условия проживания этим обитателям, при этом на поверхности почвенных комочков обитают аэробные почвенные микроорганизмы, а внутри комочков - анаэробные почвенные организмы. В современных условиях в естественных черноземах длительно идет процесс снижения содержания гумуса и, как следствие, убывания естественного плодородия почвы. Сейчас хорошей считается почва с содержанием гумуса 2%. Поддержание производительности с помощью удобрений снижает качество и полезность продуктов и ухудшает экологию. Кроме того, гумус становится недоступным для растений из-за отсутствия микроорганизмов- деструкторов гумуса вследствие неумеренного применения агрохимикатов.

Повышение содержания гумуса в почве в естественных условиях - весьма длительный процесс, не согласующийся с интенсивным производством сельскохозяйственной продукции.

Известно получение и применение для повышения урожайности искусственной почвы - экочернозема обогащенного и водной вытяжки из него - концентрированного почвенного раствора обогащенного, а также способ получения этих веществ (патент РФ №2664296, МПК C05G 3/08, C05F 11/08, приор. 27.11.2017 г.).

Эти вещества - наиболее эффективное средство восстановления естественного состава девственной почвы, обладавшей высоким плодородием. Концентрированный почвенный раствор обогащенный (КПРО) очень удобен в транспортировке, хранении и применении.

Концентрированный почвенный раствор обогащенный содержит необходимые микроэлементы, живые микроорганизмы и споры бактерий. Особое значение имеют споры аэробной бактерии - сенной палочки, которая при внесении опрыскиванием получает нужную порцию кислорода, стремительно развивается и вытесняет патогенные микроорганизмы.

Изложенный в указанном патенте способ получения состоит в том, что в изолированных емкостях создают систему дренажа, размещают над ней горизонтальный слой экочернозема обогащенного, над ним размещают перерабатываемую органоминеральную смесь, перемешанную с измельченным горючим ископаемым в количестве до 10% общего объема слоя и с измельченными ростками- носителями нужной микрофлоры, выращенными отдельно, в количестве 1…2% от общего объема слоя, над перерабатываемой органоминеральной смесью размещают слой водостойкой мульчи толщиной 2…5 мм, поддерживают оптимальные условия для переработки, а после завершения переработки проводят пролив дождеванием и собирают фильтрат.

Этот способ как единственный известный способ получения КПРО принят за прототип.

Недостаток его состоит в низкой концентрации раствора (сухой остаток не более 1,5%).

Цель изобретения состоит в повышении производительности и концентрации раствора.

Указанная цель достигается тем, что в изолированных емкостях создают систему дренажа, размещают над ней горизонтальный слой экочернозема обогащенного, над ним размещают перерабатываемую органоминеральную смесь, перемешанную с измельченным горючим ископаемым в количестве до 10% общего объема слоя и с измельченными ростками - носителями нужной микрофлоры, выращенными отдельно в количестве 1…2% от общего объема слоя, над перерабатываемой органоминеральной смесью размещают слой водостойкой мульчи толщиной 2…5 мм, поддерживают оптимальные условия для переработки, после завершения которой выгружают верхний червеобитаемый слой, а нижний слой смешивают с водой не менее 2-х объемов от объема нижнего слоя и подают в кавитатор, измельчающий твердые частицы до размера менее 1 мкм, из кавитатора раствор поступает в емкость-отстойник, после остывания до 35 градусов раствор заселяют почвенными микроорганизмами путем внесения концентрированного почвенного раствора обогащенного в количестве от 0,1 до 1%, от объема раствора в отстойнике, выдерживают при температуре 20-25°С не менее суток, после чего сливают через кран, расположенный над уровнем осадка.

При необходимости для достижения воздухопроницаемости смеси в нее добавляются сорбирующие компоненты в количестве 10-60% общего объема слоя.

Для ускорения процессов переработки все компоненты горизонтального слоя предварительно измельчаются до размера частиц 1-2 мм.

Половину горючих ископаемых измельчают до размера частиц не более 2 мм, а другую половину - до размера не более 1 мкм.

Поддержание оптимальных условий для переработки выполняют измерением температуры и влажности в помещении и поддержанием в помещении температуры 20-25°C и относительной влажности более 65%.

Завершение переработки определяют по достижении прозрачности фильтрата. При одинаковых с прототипом по составу и количеству исходных компонентов и близкой длительности процесса концентрация повышается до 15% объема раствора.

Применение измельчения твердых частиц для повышения концентрации жидкого органического удобрения известно (патент РФ 2558920, МПК C05F 11|00, приор. 20.12.2012 г.). Недостаток этого технологического приема состоит в более низкой концентрации сухого вещества (не выше 1,5%).

В предлагаемом изобретении смесь экочернозема обогащенного с водой пропускают через кавитатор, обеспечивающий более глубокое дробление твердых частиц (до размера не более 1 мкм), что обеспечивает образование коллоидного раствора, сохраняющегося без расслоения при значительно более высокой концентрации. Однако микрофлора при этом в значительной части погибает. Для ее восстановления в раствор после кавитатора вносят до 1% КПРО, содержащий необходимые микроорганизмы, которые за время выдержки размножаются.

Таким образом, результат изобретения достигается только сочетанием всех существенных признаков формулы при их взаимодействии.

В качестве кавитатора может быть использовано устройство по патенту РФ 2296005, МПК B01J 19/08, приор. 19.08.2005 г.). Оно применялось для обработки близких по составу растворов, которые затем хранились без расслоения около 10 лет.

В эксперименте измельчения экочернозема обогащенного на этом кавитаторе был достигнут результат 13,6% по сухому веществу (см. приложение).

Реализация предложенного способа рассмотрена на примере работы устройства, схема которого показана на рисунке.

Оно содержит измельчитель 1, измельчающий ростки, измельчитель 2, измельчающий растительные и животноводческие отходы, измельчитель 3 для сорбирующих добавок. Измельчители 1, 2, 3, а также выходы молотковой мельницы 4 и дезинтегратора 5 связаны выходами со смесителем 6, снабженным электроприводом 7, и подающим смесь в помещение 8, где установлены емкости 9 с дренируемым дном 10 (показана одна из емкостей), над дном 10 снизу вверх расположены слой 11 экочернозема обогащенного, слой 12 перерабатываемой органоминеральной смеси, слой 13 мульчи. В помещении 8 находится также кавитатор 14 и связанная с его выходом емкость-отстойник 15, и емкость 16 с экочерноземом 17, на котором выращены ростки 18. В помещении 8 над емкостями 9 и 15 расположены средства полива 19.

Работа устройства происходит следующим образом: в емкость 15 в экочернозем 17 засевают семена растения, для которого предназначена очередная порция концентрированного почвенного раствора обогащенного, например, зерна пшеницы. Длительность выращивания до оптимального размера ростков - 3-7 суток. Затем ростки извлекаются с корнями и подаются в измельчитель 1. К концу выращивания в измельчителе 2 отходы растительные и животноводческие дробятся до размера частиц 1…2 мм. Если смесь недостаточно воздухо- и влагопроницаема, к ней в смеситель 6 добавляют сорбирующие компоненты, прошедшие через измельчитель 3. Горючее ископаемое, например, бурый уголь, загружают в молотковую мельницу 4, сито которой имеет отверстия диаметром 2 мм. Частицы этого размера делятся на две равные части, одна из которых подается в смеситель 6, а другая смешивается с водой и поступает в дезинтегратор 5, например, кавитационный гомогенизатор, измельчающий частицы до размера 0,1 мкм, после чего они также подаются в смеситель 6. Частицы бурого угля размером до 1 мкм - легкодоступное питание для червей и бактерий-деструкторов органики, например, для сенной палочки. Смеситель 6 в процессе работы не должен сдавливать смесь, поэтому он представляет собой вращающийся барабан со смещенным центром тяжести и приводится во вращение электроприводом 7. Равномерно перемешанная смесь поступает в емкость 9, где уже находится червеобитаемый слой 11 экочернозема обогащенного от предыдущего цикла переработки. На него укладывается слой 12 перемешанной смеси толщиной 3-7 см. Сверху на него укладывают слой водостойкой мульчи толщиной 2…5 мм, в качестве мульчи могут использоваться любые не размываемые водой компоненты, входящие в состав сырья для производства экочерноземов. Снизу в слой 12 распространяются черви и микроорганизмы, находят здесь питание и размножаются. При этом они перерабатывают и крупные частицы. Периодичность проливки должна быть не реже, чем один раз в десять дней.

В помещении 8 поддерживаются оптимальные температура и влажность, благодаря чему микроорганизмы действуют и размножаются не только внутри червей, но и вне их, что существенно повышает скорость переработки. Конец переработки определяют по достижении прозрачности жидкости, стекающей через дренируемое дно 10. После этого удаляют верхний червеобитаемый слой полученного экочернозема обогащенного, а нижний слой смешивают с двумя объемами воды и подают на вход кавитатора 14 (средства смешивания и подачи -мешалка, насос, трубы - не показаны). В кавитаторе 14 смесь проходит через ряд сужений и расширений, возникающие при этом ударные давления дробят твердые частицы, раствор становится коллоидным и при этом нагревается. В таком состоянии он поступает в емкость-отстойник 15, где остывает до температуры не выше 35°C. В емкость 15 добавляют КПРО в количестве 0,1-1% от объема раствора. Микроорганизмы, содержащиеся в этой добавке, размножаются и в течение суток заселяют весь раствор. Затем его сливают без осадка. В таком виде он может храниться долго.

В емкость 9 загружают ранее удаленный червеобитаемый слой 11, на него укладывают новый слой 12 и цикл переработки повторяется.

По результатам анализа полученного продукта, проведенного в НИИХТ, содержание сухого вещества в нем составляет 13,6%.

Для отличия полученного продукта от получаемого по способу-прототипу, предлагаем назвать его «концентрированный почвенный раствор обогащенный коллоидный» (КПРОК).

Способ заключается в том, что в изолированных емкостях создают систему дренажа. Размещают над ней горизонтальный слой экочернозема обогащенного. Над ним размещают перерабатываемую органоминеральную смесь, перемешанную с измельченным горючим ископаемым в количестве до 10% общего объема слоя и с измельченными ростками - носителями нужной микрофлоры, выращенными отдельно в количестве 1…2% от общего объема слоя. Над органоминеральной смесью размещают слой водостойкой мульчи толщиной 2…5 мм. Поддерживают температуру 20-25°C и относительную влажность более 65%. После завершения переработки выгружают верхний червеобитаемый слой, а нижний слой смешивают с водой не менее 2-х объемов от объема нижнего слоя и подают в кавитатор, измельчающий твердые частицы до размера менее 1 мкм. Из кавитатора раствор поступает в емкость-отстойник. После остывания до 35°С раствор заселяют почвенными микроорганизмами путем внесения концентрированного почвенного раствора обогащенного в количестве от 0,1 до 1% от объема раствора в отстойнике. Выдерживают при температуре 20-25°С не менее суток. Сливают через кран, расположенный над уровнем осадка. Изобретение обеспечивает повышение концентрации раствора. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения концентрированного почвенного раствора обогащенного, состоящий в том, что в изолированных емкостях создают систему дренажа, размещают над ней горизонтальный слой экочернозема обогащенного, над ним размещают перерабатываемую органоминеральную смесь, перемешанную с измельченным горючим ископаемым в количестве до 10% общего объема слоя и с измельченными ростками - носителями нужной микрофлоры, выращенными отдельно в количестве 1…2% от общего объема слоя, над перерабатываемой органоминеральной смесью размещают слой водостойкой мульчи толщиной 2…5 мм, поддерживают оптимальные условия для переработки, после завершения которой выгружают верхний червеобитаемый слой, а нижний слой смешивают с водой не менее 2-х объемов от объема нижнего слоя и подают в кавитатор, измельчающий твердые частицы до размера менее 1 мкм, из кавитатора раствор поступает в емкость-отстойник, после остывания до 35°С раствор заселяют почвенными микроорганизмами путем внесения концентрированного почвенного раствора обогащенного в количестве от 0,1 до 1% от объема раствора в отстойнике, выдерживают при температуре 20-25°C не менее суток, после чего сливают через кран, расположенный над уровнем осадка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для достижения воздухопроницаемости смеси в нее добавляются сорбирующие компоненты в количестве 10-60% общего объема слоя.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для ускорения процессов переработки все компоненты горизонтального слоя предварительно измельчают до размера частиц 1-2 мм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что половину горючих ископаемых измельчают до размера частиц не более 2 мм, а другую половину - до размера не более 1 мкм.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поддержание оптимальных условий для переработки выполняют измерением температуры и влажности в помещении и поддержанием температуры 20-25°C и относительной влажности более 65%.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что завершение переработки определяют по достижении прозрачности фильтрата.