Способ получения жидкого гуминового удобрения Российский патент 2019 года по МПК C05F3/00 C05F11/02 C05G3/00 

Изобретение относится к безотходному производству экологически чистых жидких гуминовых удобрений для сельского хозяйства на основе торфа с содержанием гуминовых кислот, макро- и микроэлементов и может быть использовано для улучшения роста и развития растений, подкормки различных сельскохозяйственных культур, повышения плодородия почвы.

Известно множество технических решений, раскрывающих способы получения жидких гуминовых удобрений путем обработки гумифицированного материала (водно-торфяной суспензии, торфа, сапропеля, компостов, гумусовых горизонтов разных типов почв и др.) щелочным реагентом, отстаивание суспензии и отделение жидкой фракции, добавление вещества - источника элементов минерального питания растений (А.с. СССР №442180, МПК C05F 11/02, 1972; Пат.РФ №2071459, МПК C05F 11/02, 1993; Пат.РФ №2015949, МПК C05F 3/00, C05F 11/02, 1991; Пат.РФ №2178777, МПК C05F 11/02, 2000; Пат.РФ №2181710, МПК C05F 11/02, C05F 3/00, 2000).

Недостатком известных технических решений является необходимость обогащения полученного жидкого гуминового удобрения элементами минерального питания растений с целью получения эффективного гуминового удобрения, что приводит к удорожанию и усложнению процесса производства жидких гуминовых удобрений для сельского хозяйства, увеличивающего себестоимость полученных удобрений, непосредственно влияющей на себестоимость сельскохозяйственной продукции.

Известен способ получения жидкого гуминового удобрения (патент РФ №2520144, МПК C05F 3/00, C05F 11/02, 2014, прототип), включающий перемешивание трижды гуминосодержащего материала, являющегося отходом производства жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия, полученного путем проведения процесса ферментации в течение 5 суток торфонавозной смеси при соотношении компонентов 50:50 с добавлением древесной золы в количестве 3 мас. % с последующей экстракцией 1%-ным раствором калия фосфорнокислого твердофазного продукта ферментации и фильтрованием экстрагированной массы, в результате которого получают осадок, действующим началом которого является углерод органического вещества С_орг - 30,0-40,0, мас. %, и, кроме того, включающий макроэлементы: азот N_oбщ. - 1,15-1,80, мас. %; фосфор P₂O₅ - 1,4-2,2, мас. %; калий K₂O - 1,0-2,3, мас. %; кальций СаО - 1,1-1,6, мас. %; магний MgO - 0,2-0,8, мас. % и микроэлементы, по меньшей мере, бор, медь, кобальт, марганец, селен, кремний, с 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия каждый раз в соотношении 1:10 со скоростью 20 об/мин, при температуре 60°С не менее 1 часа, отстаивание суспензии после каждого перемешивания при температуре 60°С в течение 2 часов с последующим отделением и объединением надосадочной жидкости.

Недостатком известного жидкого гуминового удобрения является невысокая его эффективность, обусловленная низким содержанием действующего начала - гуминовых кислот и гуматов калия, определяющих эффективность данного удобрения. Высокое значение водородного показателя (рН 13-14) также снижает эффективность действия этого удобрения на рост и развитие растений. Кроме того, нет строгого подхода к влажности исходного гуминосодержащего материала, в то время как содержание влаги в гуминосодержащем материале оказывает существенное влияние на количество извлекаемых из него гуминовых веществ, что также отражается на эффективности готового гуминового удобрения.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении эффективности жидкого гуминового удобрения для растениеводства и земледелия.

Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в получении эффективного жидкого гуминового удобрения, применяемого в растениеводстве и земледелии, обеспечивающего высокие урожаи сельскохозяйственных культур и расширяющего ассортимент известных жидких гуминовых удобрений.

Поставленная в изобретении задача решена тем, что в способе получения жидкого гуминового удобрения, включающем перемешивание неоднократно гуминосодержащего материала, являющегося отходом производства жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия, полученного путем проведения процесса ферментации в течение 5 суток торфонавозной смеси при соотношении компонентов 50:50 с добавлением древесной золы в количестве 3 мас. % с последующей экстракцией 1%-ным раствором калия фосфорнокислого твердофазного продукта ферментации и фильтрованием экстрагированной массы, в результате которого получают осадок, действующим началом которого является углерод органического вещества С_орг - 30,0-40,0, мас. %, и, кроме того, включающий макроэлементы: азот N_oбщ. - 1,15-1,80, мас. %; фосфор P₂O₅ - 1,4-2,2, мас. %; калий K₂O - 1,0-2,3, мас. %; кальций СаО - 1,1-1,6, мас. %; магний MgO - 0,2-0,8, мас. % и микроэлементы, по меньшей мере, бор, медь, кобальт, марганец, селен, кремний, с 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия, отстаивание суспензии и отделение и объединение жидкой фракции, первый раз гуминосодержащий материал перемешивают с предварительно подогретым до 60°С 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия в соотношении 1:5 по сухому веществу со скоростью 20 об/мин. в прерывистом режиме: четырежды перемешивают в течение 5 мин. с последующим каждый раз отстаиванием в течение 30 мин., второй раз перемешивают полученную после первого перемешивания гуминосодержащего материала с предварительно подогретым до 60°С 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия суспензию с предварительно подогретым до 60°С 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия, взятым в первоначальном объеме, а третий раз -осадок после отделения надосадочной жидкости после второго перемешивания, при этом перемешивание каждый раз осуществляют в прерывистом режиме, а отделение и объединение надосадочной жидкости производят после второго и третьего перемешиваний, в которую вводят ортофосфорную кислоту при комнатной температуре из расчета 5 мл на 1 л объединенной надосадочной жидкости небольшими порциями с одновременным перемешиванием объединенной надосадочной жидкости со скоростью 60 об/мин. в течение 10 мин. и последующими отстаиванием ее в течение 30 мин. и перемешиванием со скоростью 20 об/мин. течение 5 мин.

В ходе разработки нового способа получения жидкого гуминового удобрения исследованы пути повышения эффективности гуминового удобрения, в результате чего сделан выбор количественного соотношения экстрагента и исходного гуминосодержащего материала с учетом его влажности, режима экстракции гуминовых кислот и гуматов калия из исходного гуминосодержащего материала, снижение значения водородного показателя.

Повысить содержание в жидком гуминовом удобрении действующего начала - гуминовых кислот и гуматов калия, возможно путем выбора количественного соотношения экстрагента и исходного гуминосодержащего материала с учетом влажности последнего. Различное соотношение гуминосодержащего отхода производства жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия к 1,5-2,0%-ному водному раствору едкого калия по сухому веществу влияет на содержание действующих веществ (гуминовых кислот и гуматов калия) в готовом удобрении и на выход конечного продукта (табл. 1, 2).

Соотношение гуминосодержащего отхода производства жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия к 1,5-2,0%-ному водному раствору едкого калия, равное 1:5 по сухому веществу, обеспечивает получение жидкого гуминового удобрения с наиболее оптимальным сочетанием содержания действующих веществ (гуминовых кислот и гуматов калия) и объема получаемого конечного продукта. Меньшее соотношение гуминосодержащего материала к 1,5-2,0%-ному водному раствору едкого калия, равное 1:3 по сухому веществу, способствует существенному снижению выхода готового гуминового удобрения, что является экономически нецелесообразным. При больших соотношениях гуминосодержащего отхода производства жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия к 1,5-2,0%-ному водному раствору едкого калия, равное 1:7 и 1:10 по сухому веществу, получают гуминовое удобрение более низкого качества.

Кроме того, определение и учет влажности гуминосодержащего материала в каждом конкретном случае способствует получению гуминового удобрения постоянного состава.

Режим перемешивания гуминосодержащего материала с 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия, заключающийся в четырехкратном перемешивании со скоростью 20 об/мин. в течение 5 мин. с последующим каждый раз отстаиванием в течение 30 мин., способствует получению более насыщенной гуминосодержащими веществами надосадочной жидкости. Гуминосодержащий материал, являющийся отходом производства жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия, представляет собой массу влажностью 65-70%, перемешивание которой в прерывистом режиме с водным раствором едкого калия направлено на максимальное извлечение из нее гуминовых веществ в результате взаимодействия максимальной поверхности твердых частиц с экстрагентом, исключая их слеживание и образование застойных зон. Последующее отстаивание способствует меньшему выносу твердых частиц при отделении жидкой фракции. Проведение данных операций, в конечном итоге, позволяет максимально извлечь гуминовые вещества и снизить потери гуминосодержащего материала при производстве жидкого гуминового удобрения.

Для снижения значения водородного показателя (рН) готового жидкого гуминового удобрения используют ортофосфорную кислоту из расчета 5 мл на 1 л объединенной надосадочной жидкости, что позволяет снизить значение водородного показателя с 12,0-14,0 до 7,0-9,0. При этом рН рабочего раствора гуминового удобрения приобретает нейтральное значение, что благоприятно отражается как на вегетирующих растениях в случае их некорневой подкормки, так и на семенах в случае их обработки перед посевом. Кроме того, ортофосфорная кислота дополнительно обогащает гуминовое удобрение фосфором, который является основным элементом питания растений.

Режим введения ортофосфорной кислоты в объединенную надосадочную жидкость направлен на завершение химического взаимодействия объединенной надосадочной жидкости и ортофосфорной кислоты и получение однородного жидкого гуминового удобрения.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. изображена схема, поясняющая способ получения жидкого гуминового удобрения; в таблице 1 представлено содержание действующих веществ в гуминовом удобрении и выход конечного продукта в зависимости от соотношения гуминосодержащего материала к 1,5%-ному водному раствору едкого калия по сухому веществу; в таблице 2 - содержание действующих веществ в гуминовом удобрении и выход конечного продукта в зависимости от соотношения гуминосодержащего материала к 2,0%-ному водному раствору едкого калия по сухому веществу; в таблице 3 приведена характеристика заявленного жидкого гуминового удобрения в сравнении с гуминовым удобрением-прототипом; в таблице 4 показано влияние заявленного жидкого гуминового удобрения на рост и развитие яровой пшеницы сорта «Иргина» в сравнении с гуминовым удобрением-прототипом; таблица 4 поясняет влияние заявленного жидкого гуминового удобрения на урожайность картофеля сорта «Винета» в сравнении с гуминовым удобрением-прототипом; в таблице 5 показано влияние заявленного жидкого гуминового удобрения на развитие микроорганизмов почвы под картофелем сорта «Винета».

Заявленный способ включает следующие операции:

- перемешивание исходного гуминосодержащего материала, являющегося отходом производства жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия, с предварительно подогретым до 60°С 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия при соотношении компонентов 1:5 по сухому веществу в прерывистом режиме: четырежды со скоростью 20 об/мин. в течение 5 мин. с последующим каждый раз отстаиванием суспензии в течение 30 мин.;

- введение в полученную суспензию подогретого до 60°С 1,5-2,0%-ного водного раствора едкого калия в первоначальном объеме и перемешивание ее в прерывистом режиме: четырежды со скоростью 20 об/мин. в течение 5 мин. с последующим каждый раз отстаиванием суспензии в течение 30 мин.;

- отделение жидкой фракции путем слива надосадочной жидкости через фильтровальную перегородку в накопительную емкость;

- введение в твердую фракцию - осадок, подогретого до 60°С 1,5-2,0%-ного водного раствора едкого калия в первоначальном объеме и перемешивание суспензии в прерывистом режиме: четырежды со скоростью 20 об./мин. в течение 5 мин. с последующим каждый раз отстаиванием суспензии в течение 30 мин.;

- отделение жидкой фракции путем слива надосадочной жидкости через фильтровальную перегородку в накопительную емкость;

- объединение надосадочной жидкости;

- введение в объединенную надосадочную жидкость небольшими порциями ортофосфорной кислоты из расчета 5 мл на 1 л объединенной надосадочной жидкости с одновременным ее перемешиванием со скоростью 60 об/мин. в течение 10 мин.;

- отстаивание смеси надосадочной жидкости с ортофосфорной кислотой в течение 30 мин. и последующее перемешивание со скоростью 20 об/мин. течение 5 мин. с получением жидкого гуминового удобрения.

Технический результат изобретения показан в примерах конкретного выполнения заявленного способа получения жидкого гуминового удобрения.

Примеры конкретного выполнения заявленного способа.

Пример 1.

В емкость объемом 70 л загружают 10 кг осадка, являющегося гуминосодержащим материалом - отходом производства жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия, влажностью 65%, в который вводят 17,5 л подогретого до 60°С 1,5%-ного водного раствора едкого калия. Исходный гуминосодержащий материал перемешивают с предварительно подогретым до 60°С 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия при соотношении компонентов 1:5 по сухому веществу в прерывистом режиме: четырежды со скоростью 20 об/мин. в течение 5 мин. с последующим каждый раз отстаиванием суспензии в течение 30 мин. Вещество осадка всей своей поверхностью твердых частиц взаимодействует с водным раствором едкого калия, исключая их слеживание, образование застойных зон и способствует активизации гуминового комплекса, выражающейся в повышенном содержании подвижных гуминовых веществ, которые в виде гуматов калия и гуминовых кислот, содержащих наибольшее количество активных функциональных групп, являются стимуляторами роста растений.

В полученную суспензию (в ту же емкость) добавляют 17,5 л подогретого до 60°С 1,5%-ного водного раствора едкого калия и перемешивают компоненты в прерывистом режиме: четырежды со скоростью 20 об/мин. в течение 5 мин. с последующим каждый раз отстаиванием суспензии в течение 30 мин. После чего жидкую фракцию отделяют путем слива надосадочной жидкости через фильтровальную перегородку в накопительную емкость, а в емкость с осадком - твердой фракцией, добавляют 17,5 л подогретого до 60°С 1,5%-ного водного раствора едкого калия и перемешивают компоненты в прерывистом режиме: четырежды со скоростью 20 об/мин. в течение 5 мин. с последующим каждый раз отстаиванием суспензии в течение 30 мин.

Жидкую фракцию отделяют путем слива надосадочной жидкости через фильтровальную перегородку в накопительную емкость и объединяют с полученной ранее надосадочной жидкостью.

В результате выбранного режима перемешивания гуминосодержащего материала с 1,5%-ным водным раствором едкого калия, заключающегося в четырехкратном перемешивании со скоростью 20 об/мин. в течение 5 мин. с последующим каждый раз отстаиванием 30 мин., происходит получение более насыщенной гуминосодержащими веществами надосадочной жидкости и наиболее полное извлечение гуминовых веществ из гуминосодержащего материала (табл. 3).

В объединенную надосадочную жидкость небольшими порциями вводят и одновременно перемешивают со скоростью 60 об/мин. в течение 10 мин. ортофосфорную кислоту из расчета 5 мл на 1 л объединенной надосадочной жидкости. При этом происходит снижение значения водородного показателя (рН) готового жидкого удобрения с 12,0-13,0 до 8,0-9,0, что благоприятно для вегетирующих растений в случае их некорневой подкормки, а также для семян при предпосевной их обработке. Помимо этого, ортофосфорная кислота дополнительно обогащает гуминовое удобрение фосфором, который является основным элементом питания растений.

Для завершения химического взаимодействия надосадочной жидкости с ортофосфорной кислотой полученное жидкое гуминовое удобрение настаивают в течение 30 мин. и окончательно перемешивают со скоростью 20 об/мин. течение 5 мин. для получения однородного его состава.

Полученная в накопителе темно-бурая концентрированная надосадочная жидкость является жидким гуминовым удобрением, характеристика которого представлена в таблице 3. Оставшийся после получения жидкого гуминового удобрения осадок рекомендуют в разбавленном водой виде использовать в качестве подкормки сельскохозяйственных культур, зеленых газонов, комнатных растений, а также в качестве раскислителя кислых почв.

Пример 2. Аналогичен примеру 1, но в емкость 70 л подают 17,5 л подогретого до 60°С 2,0%-ного водного раствора едкого калия. Полученная в накопителе темно-бурая концентрированная надосадочная жидкость является жидким гуминовым удобрением, характеристика которого также представлена в таблице 3.

Анализируя данные таблицы 3, можно сделать вывод о том, что заявленным способом действительно получено эффективное жидкое гуминовое удобрение, которое отличается большим содержанием действующего начала - гуминовых кислот и гуматов калия, а также благоприятным значением водородного показателя готового удобрения, которое можно рекомендовать для использования в растениеводстве для ускорения прорастания семян, улучшения роста и развития растений, а также в земледелии для активизации почвенно-микробиологических процессов.

Эффективность полученного жидкого гуминового удобрения, обеспечивающего высокие урожаи сельскохозяйственных культур и оказывающего активизирующее действие на почвенно-микробиологические процессы, подтверждена результатами опытов, приведенных в таблицах 4-6.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения жидкого гуминового удобрения включает перемешивание неоднократно гуминосодержащего материала, являющегося отходом производства жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия, полученного путем проведения процесса ферментации в течение 5 суток торфонавозной смеси при соотношении компонентов 50:50 с добавлением древесной золы в количестве 3 мас. % с последующей экстракцией 1%-ным раствором калия фосфорнокислого твердофазного продукта ферментации и фильтрованием экстрагированной массы, в результате которого получают осадок, с 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия, отстаивание суспензии и отделение и объединение жидкой фракции, причем первый раз гуминосодержащий материал перемешивают с предварительно подогретым до 60°С 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия в соотношении 1:5 по сухому веществу со скоростью 20 об/мин, второй раз перемешивают полученную после первого перемешивания суспензию с предварительно подогретым до 60°С 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия, взятым в первоначальном объеме, а третий раз - осадок после отделения надосадочной жидкости после второго перемешивания. Изобретение позволяет получить эффективное жидкое гуминовое удобрение. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 табл., 2 пр.

1. Способ получения жидкого гуминового удобрения, включающий перемешивание неоднократно гуминосодержащего материала, являющегося отходом производства жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия, полученного путем проведения процесса ферментации в течение 5 суток торфонавозной смеси при соотношении компонентов 50:50 с добавлением древесной золы в количестве 3 мас. % с последующей экстракцией 1%-ным раствором калия фосфорнокислого твердофазного продукта ферментации и фильтрованием экстрагированной массы, в результате которого получают осадок, действующим началом которого является углерод органического вещества С_орг - 30,0-40,0, мас. %, и, кроме того, включающий макроэлементы: азот N_общ. - 1,15-1,80, мас. %; фосфор Р₂O₅ - 1,4-2,2, мас. %; калий K₂O - 1,0-2,3, мас. %; кальций СаО - 1,1-1,6, мас. %; магний MgO - 0,2-0,8, мас. % и микроэлементы, по меньшей мере, бор, медь, кобальт, марганец, селен, кремний, с 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия, отстаивание суспензии и отделение и объединение жидкой фракции, отличающийся тем, что первый раз гуминосодержащий материал перемешивают с предварительно подогретым до 60°С 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия в соотношении 1:5 по сухому веществу со скоростью 20 об/мин в прерывистом режиме: четырежды перемешивают в течение 5 мин с последующим каждый раз отстаиванием в течение 30 мин, второй раз перемешивают полученную после первого перемешивания гуминосодержащего материала с предварительно подогретым до 60°С 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия суспензию с предварительно подогретым до 60°С 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия, взятым в первоначальном объеме, а третий раз - осадок после отделения надосадочной жидкости после второго перемешивания, при этом перемешивание каждый раз осуществляют в прерывистом режиме, а отделение и объединение надосадочной жидкости производят после второго и третьего перемешиваний, в которую вводят ортофосфорную кислоту при комнатной температуре из расчета 5 мл на 1 л объединенной надосадочной жидкости небольшими порциями с одновременным перемешиванием объединенной надосадочной жидкости со скоростью 60 об/мин в течение 10 мин и последующими отстаиванием ее в течение 30 мин и перемешиванием со скоростью 20 об/мин в течение 5 мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фильтрацию экстрагированной массы осуществляют под давлением до 3 атм.