СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ПОЧВОГРУНТА Российский патент 2023 года по МПК C05F7/00 A01G24/20 

Изобретение относится к области почвогрунтов и может быть использовано для приготовления органических удобрений из осадка сточных вод, а также утилизации осадка сточных вод.

В современном обществе образуется огромное количество антропогенных отходов, складирование и утилизация которых является одной из важнейших проблем в современном мире. Среди этих отходов следует отметить все возрастающее количество осадка сточных вод. Одним из решений проблемы может явиться использование данного вида отходов в качестве материала для получения органического удобрения с получением почвогрунта.

Осадки городских сточных вод обладают высокой удобрительной ценностью, так как на 40% состоят из гумусовых веществ и их предшественников и содержат все необходимые для формирования почвы вещества. Наличие в них тяжелых металлов негативно действует на биологическую активность почвы. Однако в настоящее время технологические мероприятия позволяют нормализовать содержание в компосте микроэлементов и количество солей тяжелых металлов.

В компосте, включающем осадки сточных вод, содержится огромное количество органических веществ, при разложении которых выделяется углекислый газ, необходимый для жизни растений. Эти вещества являются не только источником питания культур, но и источником биологических активаторов почвенных процессов, стимулируют развитие и деятельность почвенных микроорганизмов, которые играют большую роль в почвенном питании растений, устраняют отрицательное воздействие кислотности подзолистых и засоленных почв. Введение в компост влажных древесных опилков, усиливает разложение органического вещества. Полученный почвогрунт, содержит осадок сточных вод, древесные опилки, песок и почву, вынутую из извлеченного котлована.

Утилизация осадка городских очистных сооружений (ОСВ) является серьезной экологической проблемой. Сточные воды в нашей стране все еще остаются смешанными.

При выборе способа переработки ОСВ в настоящее время отдается биотехнологическим процессам, в частности компостированию.

Внесение осадка городских сточных вод (ОСВ) в почву - один из основных путей решения проблемы его утилизации. Почвы при этом, как было уже отмечено, обогащаются питательными макро- и микроэлементами и органическим веществом. Однако ОСВ представляет собой пастообразную массу, которая при высыхании приобретает глыбистую, комковатую структуру, затрудняющих равномерное внесение в почву с помощью серийных технических средств.

Известно, что из традиционных способов, позволяющих улучшить технологические, физические и физико-химические свойства ОСВ, наиболее приемлемым является компостирование, позволяющее использовать осадок в качестве удобрения.

Следует отметить, что на очистных сооружениях городов в РФ ОСВ получают при очистке сточных вод с дальнейшим их обезвоживанием на центрифугах или вакуум-фильтрах. Агрохимический анализ ОСВ показал, что они содержат в себе довольно низкие качества калия (220-350 мг/100 г. абс. сухого вещества в перерасчете на K₂О). При этом массовая доля азота общего и фосфора общего в перерасчете на Р₂О₅ составляет не менее 1500 и 2000 мг/100 г абс.сухого вещества, соответственно.

В этой связи стоит обратить внимание на образующиеся после очистки сточных вод осадки. Их рациональное использование позволит не только снизить нагрузку на водные экосистемы, но и использовать в коммунальном хозяйстве для обогащения почв питательными органическими веществами. Кроме того, применение органических удобрений и почвенных грунтов, рассмотренных авторами изобретения ниже, позволит заложить основу использования ОСВ в озеленении, благоустройстве, рекультивации нарушенных и загрязненных земель, т.е. создание почвогрунт на основе осадков сточных вод городских очистных сооружений.

Такие органические отходы как осадки сточных вод (ОСВ) по качеству удобрения почвы не уступает подстилочному навозу. Благодаря наличию органических и зольных веществ ОСВ улучшается химические и физические свойства почв; повышаются содержание органического вещества, влагоемкость и водопроницаемость; улучшается структура; нейтрализуется кислотность; увеличивается емкость катионами обмена, в том числе многих элементов минерального питания растений; возрастает биохимическая и биологическая активность.

Следует отметить, что органические удобрения и почвенные грунты, имеющие плодородные свойства, могут быть использованы для выращивания газонной травы с испытуемыми смесями, влияют на рост и урожайность травяного покрова газонной травы, например, при дозированном внесении почвогрунта на урожайность и химический состав на сено райграса однолетнего сорта «Изорский». Таким образом, использование обезвоженного осадка (ОСВ) при получении компоста и производства почвогрунта на основе компоста, песка, почвы в заданном соотношении по массе в расчете на сухое вещество, достигших влажность компоста 60%, строительного песка 20% и почва 20%, приготовленная масса на специальной площадке, получают искусственный почвогрунт, который расширяет разнообразие плодородных искусственных дешевых почвогрунтов для восстановления природного ландшафта нарушенных территорий, способствует рекультивации земель и росту растительности, улучшает экологическую обстановку.

При исследовании, авторы изобретения исходили из возможности условий осадка сточных вод перед компостированием с высоким содержанием питательных веществ (азота, фосфора, калия), что является основанием для его утилизации с получением затем почвогрунта, обогащенного компостом на основе ОСВ для повышения плодородия почвы на территории обособленного производственного подразделения «Производственная площадка Синец» ООО «ЭКО-ИЗЫСКАНИЯ» в Рязанском районе, Рязанской области, предприятие которое специализируется на утилизации ОСВ 4 и 5 классов опасности (имеет лицензию №(62)-5796-СТУ/П от 09.06.2020 г.). Оценка биологической эффективности почвогрунта проводилась на опытном полигоне ВНИИОУ - филиал ФГБУ «Верхневолжский ФАНЦ», где присутствует дерново-подзолистая почва.

Следует привести известный керамзитовый почвогрунт для выращивания растений (Патент RU №2290388, C05F 11/04, A01G 31/00 от 27.12.2006), содержащий торфосмесь и недробленый керамзит с размерами цельных гранул 2... 10 см - отсев от производства гравия керамзитового с плотностью 250…600 кг/м. Торфосмесь представляет собой смесь микроэлементами.

Недостаток данного изобретения - ограниченная область применения и высокая затратность изготовления почвогрунта, связанная с обеспыливанием и фракционированием керамзитного гравия, а также с просеиванием торфа.

Известен способ переработки осадков сточных вод (Патент RU №2508253, C02F 11/14, В09С 1/08, C05F 7/00, C05F 17/00 от 27.02.2014), в котором используют осадки сточных вод с влажностью 20-40%, предварительно отферментированные в естественных условиях в течение не менее трех месяцев, в качестве связующей добавки применяют гумат натрия в количестве 2-3% от сухой массы осадков, в качестве минеральных добавок применяют источник азота (карбомид) и источник калия (хлористый калий) в количестве соответственно 5-7% и 5-6% от сухой массы осадков, а гранулирование осуществляют при температуре 45-95°С.

Недостатками данного способа являются затраты на предварительную ферментацию осадка сточных вод и внесение дополнительных органических (карбомид) и минеральных (хлористый калий) добавок.

Известен способ приготовления компоста из осадка сточных вод (Патент RU №2513558, C05F 7/00 от 20.04.2014), включающий смешивание свежего осадка сточных вод с органическим компонентом, а в качестве, которого используют опилки любых древесных пород, и аэробное компостирование полученной смеси. Осадок сточных вод перед компостированием хранится не менее трех лет.Перед смешиванием компонентов производят послойную укладку опилок влажностью 30-40%) и осадка сточных вод, влажность которого составляет 79-81%, в соотношении 3:1, при этом опилки подвергают биоактивизации путем опрыскивания рабочим раствором препарата ЭМ-1 «Байкал» при норме расхода 5 л на 1 т с концентрацией его в рабочей жидкости 0,0001%, кроме того, аэробное компостирование полученной смеси осуществляют в буртах, при этом при достижении компостируемой смесью температуры 50-60°С смесь выдерживают 20 суток, после чего неоднократно производится перебивка бурта в течение двух месяцев с интервалом в 15-20 дней с последующей выдержкой компоста в течение 14-15 суток.

Недостатками данного способа являются необходимость длительного предварительного выдерживание осадка сточных вод с целью обеззараживания и биоактивации опилок раствором препарата ЭМ-1 «Байкал».

Следует привести также способ получения техногенного почвогрунта (Патент RU №2293070, C02F 11/14 от 10.02.2007). Согласно известному способу для получения почвогрунта используют осадки сточных вод коммунальных очистных сооружений. Используемые осадки забирают со станций очистки сточных вод. Осадки содержат следующие компоненты: иловый осадок, активный ил, песок из песколовок и надрешеточные отходы. В эти отходы вводят порошкообразный реагент, содержащий глину, известь, цемент, доломитовую муку. Полученную смесь выдерживают в течение суток при 100%-ной влажности, вводят растительный грунт из расчета массового отношения 1:(0,3-0,6) и добавку низовой торф в соотношении 1:(0,2-0,25). Смесь выдерживают (ферментируют) в камере при 100% влажности в течение суток, фракционируют с получением техногенного почвогрунта.

Известный способ обеспечивает утилизацию осадка коммунальных сточных вод при одновременном получении техногенного грунта, который рекомендован для устройства газонов.

Однако известный почвогрунт не вполне эффективен для посадки цветников, кустарников, деревьев, а также под посев райграса однолетнего для дерново-подзолистой почвы в условиях опытного полигона ВНИИОУ - филиал ФГБНУ «Верхневолжский ФАНЦ», где исследовались следующие задачи: изучения действия и последствия дозированного внесения почвогрунта, предложенного авторами изобретения, на агрохимический состав почвы; изучения действия и последствия дозированного внесения почвогрунта на урожайность и химический состав растений райграса однолетнего сорта «Изорский».

Известно множество технических решений, направленных на создание технологий получения органических удобрений с использованием данного вида отходов - осадка сточных вод в качестве материала для получения органического удобрения (А.с. SU №685653, C05F 11/00, C05F 3/00, 1978; А.с. SU №948993, C05F 7/00, C05F 11/02, 1979; А.с. SU №1213017, C05F 7/00, C05F 11/-2, 1984; Пат.RU №2159756, C05F 7/00, 1999; Пат. RU №2252205, C05F 7/00, 2003; Пат. RU №2414444, C05F 7/00, 2009; Пат. RU №2299872, C05F 7/00, 2005 и др.).

В основу известных способов получения компостов с использованием осадка сточных вод положен аэробный способ биоконверсия осадка сточных вод с влагоемкими и газопоглощающими добавками (опилками, торфом, древесной щепой, пивной дробиной, соломой и др.), включающий смешивание компонентов и формирование из полученной смеси компостной кучи. Компостирование смеси (превращение смесей в готовый компост) зависит как от соотношения компонентов, их качественного перемешивания, так и от факторов способствующих протеканию ферментативных процессов в смеси. Биологическое обеззараживание компоста возможно в результате саморазогревания смеси до определенной температуры (50-60°С). Внесение биоактивных добавок ускоряет ферментацию.

Известные способы получения компоста с использованием осадка сточных вод направлены на повышение качества полученного компоста, снижение его себестоимости, сокращение времени приготовления компоста, но вместе с тем известные способы получения компоста (Пат. RU №2159756, C05F 7/00, 1999); Веснер Дж. Компостирование осадка сточных вод. - В кн.: Обработка и удаление осадков сточных вод.- Т. 2.- М.: Стройиздат, 1985, с. 62-100) отмечаются невысокой эффективностью выведения тяжелых металлов из компоста, поскольку выделение тяжелых металлов из компостируемой массы происходит только за счет сил гравитации, поэтому в приготовленном компосте сохраняются тяжелые металлы, ухудшающие качество компоста и загрязняющие окружающую среду, некоторые длительностью процесса компостирования (А.с. SU №1213017, C05F 7/00, C05F 11/02, 1984) и высокой себестоимостью (Пат. RU №2252205, C05F 7/00, 2003).

Известен способ приготовления органического удобрения из осадка сточных вод (Патент RU №2299872, C05F 7/00 от 27.05.2007) по варианту 4. Способ приготовления органического удобрения по варианту 1 включает смешивание минерализованного осадка сточных вод с пивной дробиной, и последующее аэробное компостирование смеси; способ по варианту 2 включает смешивание свежего осадка сточных вод с углесодержащим влагопоглощающим компонентом (опилки любых древесных пород или торф) с добавлением пивной дробиной и биоактиватора и последующее аэробное компостирование смеси.

Известный способ приготовления органического удобрения из осадка сточных вод (варианты) решает проблему утилизацию осадка сточных вод. Недостатком его является несколько повышенная себестоимость готового компоста за счет утилизации дорогостоящих отходов пивоваренного производства. Кроме того, отсутствует возможность получения почвогрунта, где в качестве исходного сырья не используется строительный песок и почва, вынутая из строительного котлованного грунта, представляющее собой породы дерново-подзолистой почвы, при этом песок обладает высокой водопоглащающей и катионнообменной способностью, что делает почву более рыхлой и улучшает ее физико-химические свойства, поглощает вредные соли, обладает длительным действием.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления органоминерального удобрения (Патент RU №2243956, С05F 3/00, C05F 11/02 от 10.01.2005) путем смешивания торфа, навоза, осадков хозяйственно-бытовых сточных вод и отходов от распиловки мрамора (шлам) в количестве 0,5-10% с последующим компостированием в буртах. Шлам добавляется в компостируемую массу в качестве химической измельченной добавки для понижения кислотности, улучшения свойств удобрения, так как карбонаты в шламе под действием кислот, даже таких слабых, как почвенные и компостные кислоты, разлагаются с получением диоксида углерода.

Предлагаемый способ получения органического удобрения авторами изобретения состоит в использовании осадка сточных вод с влажностью 75-80%, затем укладка сверху на опилки с влажностью 20% на площадку слоем 25-30 см. На технологическом процессе готовый компост смешивают с полученной влажностью 60% со строительным песком и почвой - грунт, который берут из котлована при строительных работах.

Таким образом, процесс компостирования и получение почвогрунта в целом обогащается углеродом, увеличивается пористость, снижается влажность и с учетом смешивания всех компонентов. Для эффективного протекания весь процесс проходит в две стадии последовательных технологических процессов, отмеченные авторами изобретения в формуле изобретения.

Технический результат - разработка способа получения техногенного почвогрунта, который включает получение органического удобрения (компоста) на основе обезвоженного ОСВ, направленных на повышение урожайности газонных трав, в качестве которого является посев растений райграса однолетнего сорта «Изорский» при выращивании на дерново-подзолистой почве и утилизация ОСВ, образующихся после очистки сточных вод на предприятиях коммунального назначения, в безопасное и эффективное удобрение, при этом с получением одновременно техногенного почвенного грунта.

Изобретение решает задачу упрощения технологии получения органических удобрений и повышения удобрительной ценности уже на первом этапе. На втором этапе - получение конечного целевого продукта в виде техногенного почвенного грунта при использовании полученного компоста за счет его полного созревания при активизации микробного сообщества компоста, улучшения санитарно-бактериологических и агрохимических показателей.

Указанный технический результат достигается тем, что в представленном способе получения техногенного почвогрунта, характеризующийся тем, что предварительно на площадке под компостирование проводят укладку опилок слоем 25-30 см, из образующего обезвоженного осадка сточных вод влажностью 75-80% осуществляют формирование бурта затем перед смешиванием компонентов проводят укладку сверху слоя опилок влажностью 20-30% в соотношении 1:0,132 по массе, причем соотношение углерода к азоту составляет (20-30): 1, осуществляют компостирование в течение 70 суток, с перемешиванием с частотой 1 раз с интервалом в 14 дней до достижения температуры компостируемой смеси 60-75°С, затем проводят укрытие бурта слоем готового компоста в количестве 11% от общей массы осадка сточных вод, выдерживают смесь в течение 30 суток, при снижении температуры компостируемой смеси менее 40°С дополнительно сверху покрывают слоем компоста в количестве 17% от массы исходного осадка сточных вод, с последующей выдержкой в течение 30 суток, полученный готовый компост смешивают со строительным песком и почвой в соотношении, равном 1:0,3:0,7 по массе в расчете на сухое вещество, или в соотношении 1:0,16:058 по объему, при влажности компоста 60%, строительного песка 20%, почвы 20%,затем смесь перемешивают двукратно ворошителем с частотой 1 раз и интервалом в две недели с получением почвогрунта, с последующим дозреванием в течение одного месяца.

Кроме того, для созревания компоста на основе осадка сточных вод и опилок смесь выдерживают в течение 4-5 месяцев.

Кроме того, используют песок с размером зерен от 1 до 4 мм.

Кроме того, используют ворошитель буртов марки MENART с трактором Беларусь.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения, в сравнении с прототипом исследования оценки биологической эффективности почвогрунта получено с помощью компостирования ОСВ, а также смеси опилки, в соотношении, равном 1:0,132 по массе и соотношения углерода к азоту (20-30): 1 для дерново-подзолистой почвы с использованием травостоя райграса, усваиваются все полученные микроэлементы.

На основании этого можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение соответствует и критерию патентоспособности

«промышленная применимость», т.к. использовано успешно на конкретном производственном предприятии «Производственная площадка Синец» ООО «ЭКО- ИЗЫСКАНИЯ» в Рязанской области (лицензия №(62)-5796 - СТУ/П от 09.06.2020 г.) на утилизации осадка сточных вод 4 и 5 классов опасности, далее в полевых условиях для выращивания травы в виде райграса сорта «Изорский».

Сорт «Изорский»

Райграс однолетний получен в Голландии из многолетнего райграса многоцветкового, который отличается не долговечностью - это скороспелый кормовой злак. В России пока не получил широкого распространения, однако он считается перспективной кормовой культурой интенсивного земледелия, для лесной и лесостепной зон. Благодаря очень короткому периоду вегетации (60-90 дней) может возделываться вплоть до Кольского полуострова.

Основные районы возделывания: Нечерноземная зона, Урал, Западная и Восточная Сибирь, Дальний восток.

Райграс однолетний

(Lolium multiflorun Lam. Var wester voldicum Wittm.) - однолетнее растение семейства Мятликовое. Стебель тонкий, прямой или изогнутый, высотой 50-60 см, иногда 90 см, хорошо облиственный. Листья линейные, с нижней стороны блестящие, с верхней немного шероховатые. Соцветие - рыхлый колос, длина 15-18 см, имеет 12-25 колосков. В отличие от пырея колоски располагаются узкой стороной к колосовому стержню. Плод удлиненная, ланцетная, неопушенная зерновка, серого, светлосерого или коричневого цвета. Масса 1000 семян 1,8-3,2 г.

Биологические особенности Холодностойкость высокая, малотребователен к теплу. Семена прорастают при температуре 1-4°С, всходы появляются при 8-9°С. Оптимальная температура для прорастания 20-25°С. Всходы выдерживают заморозки -2…-3°С.

Райграс однолетний - влаголюбивое растение. Плохо переносит засуху. При недостатке влаги снижается кустистость, высота растений и урожайность. Хорошо растет на различных почвах: глинистых, суглинистых, супесчаных, осушенных торфяниках, увлажненных землях. Также может расти на карбонатных черноземах и кислых подзолистых почвах.

Вегетация - Райграс однолетний прорастает, давая один зародышевый корешок. Кущение начинается в фазе 3-4 листьев. При сплошном способе посева кущения составляет 3-6 стеблей на растение, при разряженном стоянии - до 200 стеблей. Побегообразование продолжается в течение всей вегетации, что дает возможность получать несколько укосов в течение вегетационного периода. Райграс однолетний быстро образует надземную массу, относится к скороспелым злакам. Цветение наступает через 35-60 дней от появления всходов. Продолжительность вегетации составляет 60-90 дней.

На севере позволяет получить 1-2 укоса, на широте Москвы и южнее - 3 укоса в течение года. Первый укос проводят через 35-50 дней после появления всходов, между первым и вторым укосами проходит обычно 30-35 дней, между вторым и третьи - 45-50 дней.

Севооборот - Райграс однолетний возделывают в кормовых и полевых севооборотах. Под него отводят поля, предназначенные для посева однолетних трав.

Хорошими предшественниками считаются озимые и яровые зерновые, зернобобовые и пропашные культуры.

Удобрение - Хорошо отзывается на внесение азотных удобрений, урожайность зеленой массы при этом увеличивается в 1,5-2 раза.

На основе известных опытных данных, под райграс однолетний рекомендуются нормы внесения удобрений: азотные - 100-150 кг/га, фосфорные - 200-300 кг/га, калийные - 100 кг/га, или N30-45P30-45K.30-45 - Фосфорно-калийные удобрения вносят осенью под зяблевую вспашку, азотные - весной перед культивацией.

Обработка почвы проводится аналогично обработке под культуры раннего срока

посева.

Посев - норма высева семян в чистом виде 20-30 кг/га, в травосмесях 10-14 кг/га, на семена при широкорядном способе -10-14 кг/га, глубина заделки - до 2-3 см. Способ посева на корм - обычный рядовой. Уборку на сено начинают в период колошения -начало цветения.

Сорт «Изорский» (1984 г.). Выведен Ленинградским НИИСХ.

Характеристика применяемого сорта райграса однолетнего «Изорский»

Сорт для сырьевого и зеленого конвейера, ремонт газонов. Период от появления всходов до 1-го укоса 51 день, до созревания семян 86 дней, от 1-го до 2-го укоса - 31 день, дает 2-3 укоса. Сорт устойчив к заморозкам, болезням. Урожайность зеленой массы 48-50 т/га, сена 6,5-9,0 т/га, семян 800-1200 кг/га. Содержание белка в сене 12-14%, клетчатка 30-34%. Включен в Госреестр с 1984 года, допущен к использованию по Северному, Северно-Западному, Центральному, Волго-Вятскому и Дальневосточному регионам РФ.

Характеристика котлована для получения почвы

Котлованный грунт (почва) в зависимости от его механического состава (покровные суглинки, флювиогляциальные пески, аллювиальные суглинки) дробят на специальных грохотах для получения частиц размером 0,5-1 мм, поэтому осуществляют первичное просеивание через сита размером ячеек не более 50 мм, после этого также производят просеивание раздробленного материала через сита с размером ячеек не более 20×20 мм. Затем смешивают со всеми отмеченными компонентами: компост имеет влажность 60%, строительный песок 20% и почва 20%. Характеристика ворошителя Ворошитель компоста - поставщик ООО «Вега», Воронеж, Воронежская область, Россия. Прицепной ворошитель компоста производства Бельгийской компании MENAPT. Агрегат серии ТРК 250, 280, 300, позволяет контролировать процесс переработки откосов и повышает одновременно аэробное компостирование полученной смеси; требуемый размер фракции компоста до 0,5 мм. Размер зерен песка от 1 до 4 мм, почвы - 0,5-1 мм, т.е. в соотношении 1:0,3:0,7 по массе в расчете на сухое вещество.

Ниже приведены примеры приготовления заявленного компостирования путем применения органических удобрений и получения приготовления почвогрунта, а также результаты, полученные при выращивании растений с его использованием.

Пример 1. Обезвоженный осадок сточных вод (ОСВ) на городских очистных сооружениях вывозят на специализированные площадки с учетом санитарно-гигиенических требований. Затем проводят укладку опилок с влажностью 20-30% слоем 25-30 см на площадку компостирования с твердым покрытием. После этого сверху проводят укладку обезвоженного осадка с влажностью 75-80%. Затем укладывают сверху слой опилок для смешивания ОСВ с опилками (отходы деревообработки) в соотношении, равном 1:0,132, соответственно, по массе и соотношении углерода к азоту (20-30): 1. Компостируют в буртах путем смешивания прицепным ворошителем марки агрегата MENART серии ТРК в цепке с трактором Беларусь, что при влажности компостируемой смеси 75-80%) и опилок влажностью 30% улучшает физико-химические показатели и ускоряет переработку материала в органическое удобрение, то есть в конечном продукте -компоста в пересчете на абсолютно сухое вещество, соответственно, при использовании ворошителя, одновременно смесь компостирования подвергается аэробному компостированию.

Размер формирования компостного бурта в форме трапеции составляет оптимально: ширина не более 2 м, высота не более 1,5 м, длина 50 м.

Экспозиция обезвоженного ОСВ и опилок составляет 60-70 суток с перемешиванием частотой 1 раз с интервалом в 14 дней. При достижении компостируемой смесью температуры 60-75°С смесь выдерживают 30 суток, при этом укрытие бурта проводят слоем готового компоста 11% от общей массы ОСВ. Кроме того, ворошителем с аэрацией смеси компостирование проводят с периодичностью 1 раз в месяц. Формирование самого бурта вначале проводят с помощью погрузчика или экскаватора заданной высоты.

Время созревания компоста на основе ОСВ и опилок составляет в весеннее-летнее время 4-5 месяцев с учетом периодического перемешивания компостной массы, указанное выше для ускорения процесса компостирования. Температурный режим восстанавливается в течение 3-4 дней и достигает снижение менее 40°С, соответствующей мезофильной стадии компостирования при дополнительном укрытии слоем компоста в количестве 17% от массы исходного ОСВ с последующей выдержкой в течение 30 суток.

Технологический процесс производства компоста вначале проходит первый этап его получения и включает в себя следующие последовательно выполняемые операции:

- обработка обезвоженного осадка сточных вод на городских сооружениях;

- погрузка и транспортировка обезвоженного осадка сточных вод на площадку компостирования;

- погрузка опилок на площадке с твердым покрытием компостирования слоем 25-30 см;

- смешивание компонентов удобрения в компостируемую смесь с помощью прицепного ворошителя и аэрации при компостировании;

- укрытие бурта слоем готового компоста 11%>от общей массы ОСВ;

- при снижении температуры компостной смеси в бурте менее 40°С, дополнительное укрытие слоем компоста в количестве 17% от массы исходного материала;

- контроль за температурным режимом;

- дозревание компостной смеси;

- подготовка готовой продукции для проведения второго этапа, заключающегося в получении почвогрунтов.

Подготовленный продукт - компост представляет собой насыщенный питательными веществами, не слежавшийся продукт темно-серого цвета. Его можно использовать также в рекультивации свалок твердых коммунальных отходах.

Следует отметить, что уже на первом этапе получения компоста, соответствует нормативным значениям, предъявляемым к ОСВ для использования в качестве удобрения (ГОСТ Р 54651-2011).

Оптимальное соотношение углерода к азоту (20-30): 1 обеспечивается смесью заявляемого состава, Заявленный способ смеси обеспечивает также хорошую скорость ферментации и наилучшее качество готового компоста на первом этапе получения продукта, затем производят технологический процесс второго этапа для получения техногенного почвогрунта, который содержит строительный песок и котлованный грунт (почва). Количество исходных продуктов отмечено выше.

Качество аэрации компостируемой смесью зависит от частоты ворошения в перемешивании и от структуры компостируемой смеси, т.е. обладает хорошей пористостью. В компостируемой смесью концентрация кислорода может составлять не менее 10-12%, это особенно важно в течение первых 8-10 суток, что является показателем работы аэробной микрофлоры.

Пример 2. Производство почвогрунтов.

В результате на основе получения на первом этапе компоста, технологический процесс не закончен, и приступают ко второму этапу - конечного продукта «почвогрунт», который готовится на отдельном участке.

Технологический процесс производства почвогрунта включает в себя следующие последовательно выполняемые операции:

- подготовку строительного песка;

- подготовку почвы с выемкой из рабочего котлована;

- просеивание и подсушивание всех компонентов (включая компост);

- использование грохотной установки до требуемой влажности: компост - 60%, строительный песок - 20%, почва - 20%. Требуемый размер зерен песка от 1 до 4 мм, фракции компоста до 0,5 мм, почвы - 0,5-1 мм;

- последовательное послойное укладывание подготовленных компонентов в бурт в форме трапеции слоями высотой 20-25 см в следующей последовательности: компост: песок: почва в соотношении по массе 1:0,3:0,7 и в соотношении 1:0,16:0,58 по объему при влажности компоста 60%, строительного песка 20%, почва 20%). Размер бурта будет зависеть от размеров ворошителя, например, бурт: ширина - не более 2 м, высота - не более 1,5 м, оптимальная длина 50 м; форма бурта создается ворошителем прицепного типа;

- двукратное перемешивание компонентов смеси ворошителем до получения однородной массы с частотой 1 раз и интервалом в две недели, дозревание почвогрунта в течение одного месяца;

- складирование готового почвогрунта на площадке с твердым покрытием. Практическое получение компоста на площадке с твердым покрытием с аэрацией

применения известного прицепного ворошителя (характеристика его показа выше). Затем проводят на втором этапе технологического процесса с получением почвогрунта; погрузка на транспортное средство, затем поверхностное равномерное разбрасывание почвогрунта по полю (участка) с помощью известного разбрасывателя органических удобрений (МТТ-9), согласно графика, с целью установления длительности и цикличности внесения почвогрунта из смеси компонентов перед зяблевой вспашкой осенью под растение райграса однолетнего сорта «Изорский», т.е. в целом, при выращивании газонного травостоя с получением сена (ц/га).

Следует отметить, что котлованный грунт в зависимости от его механического состава (покровные суглинки, флювиоглянциальные пески, аллювиальные суглинки) дробят на специальных грохотах для получения частиц размером для песка не более 4 мм, при этом фракция компоста не более 0,5 мм и почвы 0,5-1 мм. После дробления его просеивают через сита с размером ячеек не более 20×20 мм.

Подготовленный котлованный грунт смешивают из расчета массового соотношения к веденному на стадии получения биокомпоста, равного 1:0,3:0,7 по массе и 1:0,16:0,58 по объему.

В результате получен техногенный почвогрунт, представляющий собой ферментированную смесь.

Результаты оценки качества компоста и почвогрунта в общем виде составляющих их приведены в таблице 1.

Анализ исходного осадка сточных вод перед компостированием свидетельствует о высоком содержании питательных веществ (азота, фосфора, калия), что является основанием для его утилизации с получением почвогрунта, обогащенного компостом на основе ОСВ для повышения плодородия почвы.

По сравнению с исходным осадком в готовом компосте повышается содержание общего калия на 43%, снижается валовое содержание свинца на 41%, хрома - на 31%.

Под влиянием компостирования накапливается содержание аммонийного азота. Данный показатель в готовом компосте превысил таковой в осадке сточных вод на 52% (таблица 1).

Изменение химического состава ОСВ при производстве почвогрунта на его основе приведены (таблица 2).

а

Использование технологии производства почвогрунта, обогащенного компостом на основе осадка сточных вод городских очистных сооружений, позволяет снизить содержание тяжелых металлов в готовом продукте до уровня «чистой» почвы (таблица 2, и показано на фиг. 1).

Ниже приведены результаты, представленные в таблице 2 и на фиг. 1, свидетельствуют о снижении по сравнению с исходным осадком, валового содержания кадмия на 95%, меди на 72%, никеля на 93%, свинца на 97%, хрома на 92%, цинка на 49%.

Результаты оценки биологической эффективности почвогрунта, обогащенного компостом на основе ОСВ проводились на опытном полигоне ВНИИОУ - филиал ФГБНУ «Верхневолжский ФАНЦ» в зоне дерново-подзолистых почв в период 2021-2022 годы.

Внесение нового почвогрунта предусмотрено по данной культуре растений райграса однолетнего сорта «Изорский". Осенью зяблевая вспашка на опытном участке проводилась мотоблоком.

Площадь опытной делянки составила 10 м², учетная площадь делянок 9,4 м².

Полевой опыт проводили на малой делянки при изучении влияния действия и последствия дозированного внесения почвогрунта на урожайность и химический состав растений однолетнего сорта «Изорский».

Посев райграса проводили в апреле 2021 года вручную с нормой высева 40 кг/га. Опыты проводили в соответствии с методическими указаниями Б.А. Доспехов (1985). Статистическая обработка проведена методом дисперсионного анализа.

Для посева использовали семена, отвечающие требованиям 1-го класса посевного стандарта.

Агротехнические мероприятия по возделыванию райграса однолетнего сорта «Изорский» выстраивались в соответствии с существующими зональными рекомендациями.

Расположение опытных делянок рандомимизированное. Схема деляночного полевого опыта в 4-х кратной повторяемости. Включала по следующей схеме: 1 -контроль; 2 - внесение почвогрунта с дозой 60 т/га.

Оценку результатов исследований влияния компостом на основе ОСВ, на агрономические свойства дерново-подзолистой почвы приведены (таблица 3).

Результаты агрономического анализа влияния почвогрунта непосредственно на почву в течение двух лет исследований показали, что в результате последствия почвогрунта в дозе 60 т/га внесенного под посев райграса однолетнего в дерново-подзолистой почве опытного варианта оптимизировалась реакция среды. Значения потенциальной кислотности увеличились в первый год после внесения на 4,9%, во второй год - на 3% по сравнению с контролем. При этом в опытном варианте наблюдалось снижение гидролитической кислотности на 16% в2021 году, на 3,1% - в 2022 году, соответственно.

Таким образом, наиболее выраженный эффект следует иметь в первый год, где изменения в сумме обменных оснований составило 26,5% и, соответственно, в емкости катионного обмена, значения которой увеличились в почве на 21%.

Проведенные исследования показали, что содержание питательных веществ под влиянием дозированного внесения почвогрунта увеличилось на 75%>по подвижному фосфору и до 90% по подвижному калию. Переход их в усвояемые формы происходит под влиянием почвенных организмов и химических процессов.

В полевых условиях установлено, что содержание гумуса в почве соответствовали среднему уровню и превысило контроль на 60% уже в первый год после внесения почвогрунта, и на второй год последствие влияния почвогрунта - на 57%.

В полевых условиях установлено последействие почвогрунта на урожай райграса однолетнего на сено с влажностью 16%. В таблице 4 показаны результаты за 2 года исследований.

Изменение плодородия дерново-подзолистой почвы в опытном варианте положительно повлияло на получение стабильных урожаев травостоя райграса. При этом в первый год этот показатель превысил контроль на 61% и во второй год - на 43% (табл.4, соответственно показано и на фиг. 2).

В задачу исследований также входило изучения последействия почвогрунта на химический состав травостоя райграса однолетнего на сено с влажностью 16%. В табл.показаны за 2 года исследования.

Проведенные исследования показали, что изменения химического состава сена райграса однолетнего сорта «Изорский» в опытном варианте характеризовались с повышением содержания азота в травостое на 16,7% в первый год, и во второй год - на 15,7% после внесения почвогрунта в почву. Такая же динамика наблюдалась по содержанию фосфора. Изменения содержания калия были не значительными (табл. 5). При этом предлагаемый новый способ утилизации осадков сточных вод и получения почвогрунта позволяют получить безопасные органические удобрения высокого качества, и являются действительно одним из наиболее рациональных способов утилизации сточных вод и включение их в состав получения почвогрунта.

Заявленный способ приготовления компоста из осадка сточных вод промышленно осуществим, достаточно прост и дешев. Одновременно с решением проблемы утилизации осадка сточных вод появилась возможность получения почвогрунта с положительным влиянием на всхожесть и рост травостоя растений, как экологически безопасного органического удобрения достаточно высокого качества, расширяющего ассортимент органических удобрений, при этом не требуется оборудование и дорогие добавки для получения конечного целевого продукта.

Библиографический список

1. Покровская С.Ф., Касатиков В.А. Использование осадка городских сточных вод в сельском хозяйстве. - М.: ВНИИТЭИагропром, 1987. - 61 с.

2. Жукова Л.А. Осадки сточных вод в качестве удобрения. //Химизация сельского хозяйства. - 1988. - 10. - С. 35-39.

3. Иванов И.А., Иванова И.О., Кравчук В.И. и др. О возможности использования осадка городских сточных вод в качестве органического удобрения. //Агрохимия. - 1966. - 3. - С. 85-92.

Изобретение относится к области коммунального хозяйства и может быть использовано при получении почвогрунтов. Способ получения техногенного почвогрунта заключается в том, что предварительно на площадке под компостирование проводят укладку опилок слоем 25-30 см, из обезвоженного осадка сточных вод влажностью 75-80% осуществляют формирование бурта. Затем перед смешиванием компонентов проводят укладку сверху слоя опилок влажностью 20-30% в соотношении 1:0,132 по массе, осуществляют компостирование в течение 70 суток, с перемешиванием с частотой 1 раз с интервалом в 14 дней до достижения температуры компостируемой смеси 60-75°С. Затем проводят укрытие бурта слоем готового компоста в количестве 11% от общей массы осадка сточных вод, выдерживают смесь в течение 30 суток. При снижении температуры компостируемой смеси менее 40°С дополнительно сверху покрывают слоем компоста в количестве 17% от массы исходного осадка сточных вод, с последующей выдержкой в течение 30 суток. Полученный готовый компост смешивают со строительным песком и почвой, при влажности компоста 60%, строительного песка 20%, почвы 20%. Затем смесь перемешивают двукратно ворошителем с частотой 1 раз и интервалом в две недели с получением почвогрунта, с последующим дозреванием в течение одного месяца. Изобретение позволяет упростить и повысить удобрительную ценность конечного целевого продукта почвогрунта, обеспечить высокую всхожесть травяного газона, и решить проблему утилизации осадка сточных вод. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл.

1. Способ получения техногенного почвогрунта, характеризующийся тем, что предварительно на площадке под компостирование проводят укладку опилок слоем 25-30 см, из образующегося обезвоженного осадка сточных вод влажностью 75-80% осуществляют формирование бурта, затем перед смешиванием компонентов проводят укладку сверху слоя опилок влажностью 20-30% в соотношении 1:0,132 по массе, причем соотношение углерода к азоту составляет (20-30):1, осуществляют компостирование в течение 70 суток, с перемешиванием с частотой 1 раз с интервалом в 14 дней до достижения температуры компостируемой смеси 60-75°С, затем проводят укрытие бурта слоем готового компоста в количестве 11% от общей массы осадка сточных вод, выдерживают смесь в течение 30 суток, при снижении температуры компостируемой смеси менее 40°С дополнительно сверху покрывают слоем компоста в количестве 17% от массы исходного осадка сточных вод, с последующей выдержкой в течение 30 суток, полученный готовый компост смешивают со строительным песком и почвой в соотношении, равном 1:0,3:0,7 по массе в расчете на сухое вещество, или в соотношении 1:0,16:0,58 по объему, при влажности компоста 60%, строительного песка 20%, почвы 20%, затем смесь перемешивают двукратно ворошителем с частотой 1 раз и интервалом в две недели с получением почвогрунта, с последующим дозреванием в течение одного месяца.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что для созревания компоста на основе осадка сточных вод и опилок смесь выдерживают в течение 4-5 месяцев.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что используют песок с размером зерен от 1 до 4 мм.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что используют ворошитель марки MENART с трактором Беларусь.