Новый препарат на основе гидролизата червей для обезвреживания тяжелых металлов Российский патент 2023 года по МПК C05F1/00 C05G3/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к технологии создания препарата на органической основе для обезвреживания тяжелых металлов и дальнейшего получения органоминерального удобрения.

Увеличение населения, урбанизация, активное гражданское и промышленное строительство, добыча и переработка полезных ископаемых, интенсивная сельскохозяйственная деятельность нередко приводит к повышенному содержанию тяжелых металлов в органогенных отходах, в первую очередь осадках сточных вод коммунальных стоков, донных илов и отложений. Наличие подвижных форм солей тяжелых металлов в субстратах может препятствовать их использованию. В связи с этим, создание препарата для уменьшения токсичности и подвижности солей металлов в отходах для дальнейшей их переработки в органические удобрения является актуальной задачей.

Известен способ переработки осадков сточных вод (патент РФ 2457909), который включает обработку осадков сточных вод химическими реагентами. Недостатком указанного способа является то, что реагенты могут частично оставаться в воде после обработки, а также недостаточная эффективность для обезвреживания тяжелых металлов.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение арсенала средств для обезвреживания загрязненных тяжелыми металлами субстратов для дальнейшего получения органических удобрений.

Техническим результатом изобретения является то, что после использования предлагаемого препарата сокращается остаточное содержание тяжелых металлов.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются благодаря тому, что новый препарат на основе гидролизата червей для обезвреживания тяжелых металлов содержит, мас. %: пептиды - (15-18); гидрооксид натрия - 25; органические (продукты гидролиза жиры, углеводы) и минеральные примеси - (4-7), вода - остальное.

Полученный препарат содержит натриевые соли пептидов и жиров, массой 300-1500 Да (Дальтон), которые обладают высокой способностью к взаимодействию с тяжелыми металлами, с последующим вовлечением пептидов в пищевую цепь микробиома при компостировании отходов, способствуя биодеградации органических отходов.

При изготовлении препарата не образуется отходов, сырье может быть выращено на органических отходах круглогодично, препарат после внесения в отход и нейтрализации тяжелых металлов становится питательной средой для микроорганизмов.

Готовится препарат с применением метода щелочного гидролиза с подогревом и перемешиванием, и применением его для обработки активного ила или осадков сточных вод пищевых и/или коммунальных стоков или отходов сельского хозяйства, в частности, навоза и помета. Технология получения гидролизата из вермикультуры навозных червей включает в себя этапы: выращивание, отбор, очищение от субстрата, гидролиз биомассы, фильтрация раствора.

Введение в состав щелочи обеспечивает хранение полученного раствора не менее 0,5 года.

Состав для получения гидролизата, взятые в мас. %:

Биомасса навозных червей 15±3 щелочь 2,5 вода остальное.

Полученный препарат содержит натриевые соли пептидов и жиров, массой 300-1500 Да (Дальтон), которые обладают высокой способностью к взаимодействию с тяжелыми металлами, с последующим вовлечением пептидов в пищевую цепь микробиома при компостировании отходов, способствуя биодеградации органических отходов.

Органоминеральное удобрение с новым препаратом может быть получено следующим образом.

Субстрат с высоким уровнем загрязнения солями тяжелых металлов обрабатывается раствором препарата и перемешивается. Выдерживается в течение 24 часов, после чего используется как сырье для получения компостов.

Навозный червь Eisenia fetida культивируется для получения биомассы с целью получения пищевых добавок и питательных сред для культивирования микроорганизмов, кормовых добавок в рыбоводстве, птицеводстве, получения ферментных препаратов для медицины, сельского и коммунального хозяйства.

Основной состав навозного червя: вода 80-85%, сухая масса 14-16%, из них жир 0,9-1,2%, углеводы - 2,8-3,5%, белок 8,5-10%, зола 0,7-1%.

Новый препарат обеспечивает процесс нейтрализации тяжелых металлов в органических отходах, а именно:

1. Процесс нейтрализации тяжелых металлов происходит за счет распределения жидкого препарата в отходе.

2. Взаимодействие натриевых солей пептидов происходит с образованием комплексных соединений между растворимой солью металла и пептидами.

3. Белковый состав червей позволяет получить гидролизат с широким спектром пептидов с большим многообразием функциональных групп и

Образование связей между ионами металлов и пептидами происходит за счет функциональных групп, таких как спиртовые группы в молекулах серина и треонина, фенильная группа в тирозине, сульфгидрильная группа в цистеине, дисульфидная группа в цистине, вторые карбоксильные группы в аспарагиновой и глутаминовой кислотах, вторые азотсодержащие группы в аргинине и гистидине. Метионин содержит атомы серы в углеродной цепи. Свойства препарата особенно важны для быстрого обезвреживания биологически опасных отходов такие как навоз, помет, активных илов и пищевых и коммунального хозяйств.

5. Нейтрализация тяжелых металлов происходит одновременно, приводит к уменьшению их подвижности в 7-10 раз относительно исходных водорастворимых форм тяжелых металлов, ряд эффективного связывания выглядит как: Pb>Cu>Cd>Zn>Ni>Cr.

6. Обработка навоза, помета препаратом не препятствует последующему компостированию отхода, белковая природа препарата стимулирует рост и развитие микроорганизмов.

Технология получения нового препарата.

1. Очистка червей от субстрата и содержимого кишечника из расчета 150 г биомассы на литр препарата.

2. Щелочной гидролиз биомассы червей - добавляется 25 г NaOH и медленно заливается водопроводной водой с помешиванием на магнитной мешалке на 100 об./мин, нагревается до +60°С, что приводит к образованию пептидов из белковой массы.

3. Используется серийно выпускаемое оборудование.

4. Проводится гидролиз в течении 2-х часов, после чего полученный раствор остужается фильтруется через капроновую или полиамидную ткань.

5. Полученный раствор разливается для хранения и транспортировки в пластиковую тару.

Пример использования заявленного препарата в сравнении с аминокислотным реагнтом-детоксикантом (Патент РФ №2457909).

Проведена оценка связывания в условиях модельных опытов тяжелых металлов аминокислотным реагентом-детоксикантом и предлагаемым препаратом на основе гидролизата червей. Для этого готовили растворы солей металлов из расчета ориентировочной концентрации 100 мг/100 мл раствора.

Использовали соли тяжелых металлов, концентрации которых и подвижные формы нормируются: ZnSO₄ 7Н₂О; CuSO₄ 5H₂O; Cd(NO₃)₂; Ni (NO₃)₂ 6H₂O; CrN₃O₉ 9H₂O; Pb(NO₃)₂.

Растворы по 100 мл обрабатывали аминокислотным реагентом-детоксикантом и препаратом на основе гидролизата червей, контроль - исходные растворы.

Далее были рассчитаны дозы препаратов и обработаны растворы, которые затем отфильтрованы через фильтр «белая лента».

Образцы водных растворов солей тяжелых металлов (исходные) и отфильтрованные растворы после обработки препаратом на основе растительного сырья и гидролизата червей были проанализированы (таблица).

Для аминокислотным реагентом-детоксикантом ряд эффективного связывания выглядит как: Pb>Cd>Zn>Cu>Ni>Cr. Для препарата гидролизат червей ряд эффективного связывания выглядит как Pb>Cu>Cd>Zn>Ni>Cr.

Максимальное комплексообразование происходит с солью свинца (99%), меньше всего комплексуется хром, так как это трехвалентный металл.

Как видно из таблицы после применения нового препарата на основе гидролизата червей остаточное содержание тяжелых металлов меньше, чем после использования аминокислотного реагента-детоксиканта.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Препарат на основе гидролизата биомассы червей для обезвреживания тяжелых металлов характеризуется тем, что препарат получают путем очистки червей от субстрата и содержимого кишечника из расчета 150 г биомассы на 1 литр препарата, проведения щелочного гидролиза биомассы червей путем добавления 25 г NaOH, медленной заливки водопроводной водой с помешиванием на магнитной мешалке на 100 об/мин, нагревания до +60°С, с образованием пептидов из белковой биомассы, в течение 2-х часов, полученный раствор остужают, затем фильтруют через капроновую или полиамидную ткань и разливают для хранения и транспортировки в пластиковую тару. Все компоненты берут при определенном соотношении. Изобретение позволяет сократить остаточное содержание тяжелых металлов. 1 табл., 1 пр.

Препарат на основе гидролизата биомассы червей для обезвреживания тяжелых металлов, характеризующийся тем, что препарат получают путем очистки червей от субстрата и содержимого кишечника из расчета 150 г биомассы на 1 литр препарата, проведения щелочного гидролиза биомассы червей путем добавления 25 г NaOH, медленной заливки водопроводной водой с помешиванием на магнитной мешалке на 100 об/мин, нагревания до +60°С, с образованием пептидов из белковой биомассы, в течение 2-х часов, полученный раствор остужают, затем фильтруют через капроновую или полиамидную ткань и разливают для хранения и транспортировки в пластиковую тару, при следующем соотношении исходных компонентов, г:

биомасса червей 150 гидрооксид натрия 25 вода до 1 л