СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГУМУСА ХЕЛАТИРОВАННОГО Российский патент 2024 года по МПК C05F17/05 C05F17/50 C05F11/02 

Область техники

Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии и может быть использовано для производства экологически чистого биогумуса на основе вермиремедиации органических отходов животного и растительного происхождения.

Уровень техники

Известен способ получения комплексного удобрения, согласно которому гуматы калия и/или натрия смешивают в твердой фазе с компонентами, содержащими микроэлементы, затем смесь подвергают механохимической активации с последующей обработкой раствором перманганата калия и углекислого калия. Полученное комплексное удобрение содержит микроэлементы в виде растворимых комплексов (хелатов) с гуминовыми кислотами (патент РФ на изобретение №2181113, кл. МПК C05F 11/02, опубл. 10.04.2002).

Недостатком известного удобрения является отсутствие органической составляющей в составе удобрения, что не позволяет получить сбалансированное комплексное удобрение, позволяющее одновременно восстанавливать содержание органических веществ и микроэлементов, необходимых для повышения плодородия почв и произрастания сельскохозяйственных культур. Также данное комплексное удобрение имеет относительно низкую усвояемость и повышает химическую нагрузку на почву.

Известен способ получения органического удобрения на основе переработки органических отходов промышленности vermi-культурой, сущность которого заключается в приготовлении субстрата путем смешивания компонентов, включающих отходы животного происхождения (навоз крупного рогатого скота и/или навоз свиней и помет птиц), торф и скоп, являющийся отходом производства картона, внесении в него червей и/или их коконов, с последующим получением биогумуса. При низком содержании азота в субстрате после смешивания компонентов вводят добавки мочевины с одновременной добавкой известняковой муки (Мееревич К.Н., Косолапова А.И., Митрофанова К.В., Заковряшина В.И. Способ утилизации органических отходов в биогумус. Патент на изобретение RU 2057743 C1, опубл. 10.04.1996. Заявка № 93057122/15 от 22.12.1993.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является способ получения удобрения, в частности комплексных органоминеральных удобрений, используемых при рекультивации нарушенных земель в угольной промышленности, который заключается в том, что угольные отходы непосредственно смешивают с навозом, инокулируют бактериальной культурой Bacillus mycoides. после чего вводят препарат гуминовых кислот. Недостатком данного способа является то, что производство удобрений ориентировано на использование угольных отходов и рекультивацию нарушенных земель угольной промышленности. Полученные данным способом удобрения с учетом их химического состава не планировалось использовать на иных типах земель, в том числе землях сельскохозяйственного назначения (Красавин А.П., Катаева И.В., Хорошавин А.Н., Лелеко А.И., Екатерининский В.А. Способ получения удобрения. Авторское свидетельство SU 1609063 A1, опубл. 10.01.1996. Заявка № 4365629/13 от 18.01.1988.).

Вышеперечисленные методы не позволяют использовать весь комплекс отходов сельскохозяйственного производства (растительного и животного происхождения) для получения сбалансированных органоминеральных удобрений для повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа производства экологически чистого органоминерального удобрения - хелатированного биогумуса на основе вермиремедиации органических отходов животного и растительного происхождения, для использования в сельском хозяйстве в целях повышения плодородия почв и урожайности.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к получению биогумуса, выработанного из отходов сельскохозяйственного производства животного и растительного происхождения, последующего его орошения растворами жидких хелатированных удобрений (вид минеральных удобрений, с почти 90% усвоением растениями), что позволяет существенно уменьшить химическую нагрузку на почву. Способ получения удобрения прост, малозатратен и пригоден для реализации как в личных подсобных хозяйствах, так и на уровне мелких, средних и крупных предприятий сельскохозяйственного производства. Предлагаемая технология обеспечивает интенсификацию утилизации отходов сельскохозяйственного производства, повышение экологичности получаемого биогумуса, повышает сбалансированность органоминерального удобрения.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения биогумуса хелатированного включает приготовление субстрата путем смешивания компонентов, состоящих из отходов сельскохозяйственного производства растительного и животного происхождения, укладку субстрата в устройство для вермикультивирования, внесение в него червей семейства Lumbricidae, вермикультивирование, отделение червей от полученного биогумуса, далее полученный биогумус подвергают орошению 0,5-1% раствором хелатных удобрений в соотношении 0,5-0,65 л на 1 тонну, после чего хелатированный биогумус подвергают сушке в естественных условиях.

Приготовляемый субстрат может содержать 60 мас.% навоза крупного рогатого скота и 40 мас.% соломы пшеницы.

В качестве раствора хелатного удобрения может быть использован «КомплеМет», дополнительно разведенный до концентрации твердых веществ 0,5-1%.

Плотность заселения червями семейства Lumbricidae может составлять 3-5 тысяч особей на 1 м².

Процесс компостирования можно проводить в течение 6-8 недель при температуре 20-24 °С, влажности 70-75% и аэрации 1-2 раза в неделю методом ворошения.

В качестве устройства для вермикультивирования может быть использован бурт или вермиреактор. Бурт может иметь следующие размеры: ширину – до 1,5 м, длиной – до 8,0 м, глубиной – до 0,3 м.

Орошение раствором может быть проведено на ленточном транспортере.

Способ позволяет получить удобрение, которое содержит производственные ценные вещества, содержание которых зависит от вида отхода животного происхождения (конский навоз, навоз крупного рогатого скота, свиной, птичий помет) и вида хелатного удобрения, необходимые для восстановления и повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур.

Удобрение позволяет одномоментно восстанавливать содержание органического вещества и микроэлементов, необходимых для повышения плодородия почв и произрастания сельскохозяйственных культур.

Наиболее известные европейские земляные черви относятся к семейству Lumbricidae. Они широко распространены на всей территории Российской Федерации, неприхотливы к пище, устойчивы к климатическим изменениям и неплохо размножаются. При этом они способны перерабатывать различные виды органических отходов животного и растительного происхождения и вырабатывать экологически чистое и высокоэффективное удобрение – биогумус.

Хелатные удобрения – это минеральные удобрения нового поколения, содержащие микроэлементы в легкодоступной для растений форме (бор, цинк, медь, железо, марганец, молибден, кобальт, магний, сера, кальций и другие). Микроэлементы являются неотъемлемой составляющей ферментов, от которых зависят процессы фотосинтеза, дыхания и обмена веществ растения, необходимы для быстрого развития растений и поддержания его здоровья. Хелаты хорошо усваиваются растениями, безопасны для окружающей среды и достаточно эффективны. За счет того, что в форме хелатов растения усваивают микроэлементы практически на 90%, резко уменьшается количество вносимых в почву традиционных минеральных удобрений, что позволяет в несколько раз снизить химическую нагрузку на почву. Хелаты доказали свою эффективность в восстановлении плодородия почв и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Осуществление изобретения

Способ получения биогумуса хелатированного включает приготовление субстрата путем смешивания компонентов, состоящих из отходов сельскохозяйственного производства растительного и животного происхождения, укладку субстрата в устройство для вермикультивирования, внесение в него червей семейства Lumbricidae, вермикультивирование, отделение червей от полученного биогумуса, далее полученный биогумус подвергают орошению 0,5-1% раствором хелатных удобрений в соотношении 0,5-0,65 л на 1 тонну, после чего хелатированный биогумус подвергают сушке в естественных условиях.

Процентное соотношение раствора хелатных удобрений было подобрано опытным путем, количество раствора для орошения (от 0,5 до 0,65 л) выбирают в зависимости от исходной влажности биогумуса и прогнозируемых концентраций микроэлементов.

В качестве компонентов субстрата для вермикультивирования могут быть применены смеси отходов производства сельского хозяйства животного происхождения – навоз крупного рогатого скота, растительного происхождения – солома пшеницы, например, приготовляемый субстрат может содержать 60 мас.% навоза крупного рогатого скота и 40 мас.% соломы пшеницы.

В качестве раствора хелатного удобрения может быть использован «КомплеМет», дополнительно разведенный до концентрации твердых веществ 0,5-1%.

Процесс компостирования можно проводить в течение 6-8 недель при влажности 70-75% и аэрации 1-2 раза в неделю методом ворошения.

Орошение раствором может быть проведено на ленточном транспортере.

В приготовленный субстрат внедряют червей семейства Lumbricidae. Плотность заселения червями семейства Lumbricidae может составлять 3-5 тысяч особей на 1 м².

В качестве устройства для вермикультивирования может быть использован бурт или вермиреактор. Бурт может иметь следующие размеры: ширину – до 1,5 м, длиной – до 8,0 м, глубиной – до 0,3 м. Эти размеры являются оптимальными, большие размеры бурта по ширине и длине требуют использования техники, их обработка более трудоемка. Глубина бурта более 0,3 м нецелесообразна из-за того, что черви располагаются преимущественно в поверхностном слое, что обеспечивает им лучший доступ к кислороду.

Бурты покрывают соломой для предотвращения излишнего испарения влаги. Для поддержания уровня влажности субстрат вместе с покрывающей соломой в жаркое без дождей время регулярно поливают. Смесь компонентов выдерживают 6-8 недель при периодической аэрации и увлажнении, после чего полученный биогумус методом орошения обрабатывают растворами хелатных удобрений. В результате получают экологически чистое органоминеральное удобрение, пригодное для восстановления и повышения плодородия почв и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.

Хелаты имеют целый ряд преимуществ перед растворимыми солями микроэлементов, которые использовались ранее. Растения и плодовые культуры усваивают их гораздо лучше и эффективнее, так как обычные соли микроэлементов в почве могут вступать в перекрестные реакции и образовывать неусвояемые соединения.

Так, при попадании в почву хелаты не связываются друг с другом, а превращаются в легкорастворимые соединения, микроэлементы которых без труда поглощаются корневой системой растения.

В отличие от тех же минеральных солей, которые могут быть токсичными, хелатные удобрения на 100% экологичны.

Для получения биогумуса хелатированного может быть использовано широко распространенное в России хелатное удобрение «КомплеМет», марка: СО (Сад-Огород), страна производства: Беларусь, ТНПА: ТУ ВУ 500479392.008-2021.

Состав хелатного удобрения «КомплеМет» представлен в таблице 1.

Азот (Ν_общ.), не менее 20 г/л Фосфор (P₂O₅), не менее 110 г/л Калий (K₂O), не менее 75 г/л Сера (SO₄), не менее 10 г/л Марганец (Мn*) 10 г/л Медь (Cu*) 9 г/л Цинк (Zn*) 15 г/л Бор (B) 4,5 г/л Молибден (Мo*) 0,15 г/л Кобальт (Co*) 0,05 г/л Активное органическое вещество 200 г/л * – элемент в хелатном соединении

Данное хелатное удобрение «КомплеМет» имеет концентрацию твердых веществ около 50%. В составе этого удобрения, с точки зрения заявленного способа, наиболее интересны хелатные формы микроэлементов, так как остальными биогумус насыщен изначально, хотя и они на пользу истощенным почвам.

В заявленном способе возможно использовать удобрение «КомплеМет», дополнительно разведенное до концентрации твердых веществ 0,5-1%, в таблице 2 приведен возможный состав полученного хелатного удобрения, в столбце 4 приведен состав для 0,5% раствора, в столбце 5 – для 1%.

г/л биогумус + 5 мл + 10 мл 1 2 3 4 5 Марганец (Мn) 10 г/л 26,11 мг/кг 35,08 мг/кг 37,87 мг/кг Медь (Сu) 9 г/л 11,45 мг/кг 55,67 мг/кг 50,46 мг/кг Цинк (Zn) 15 г/л 23,90 мг/кг 31,45 мг/кг 36,57 мг/кг Молибден (Мо) 0,15 г/л 0,0008 % 0,001% 0,0013% Кобальт (Со) 0,05 г/л 1,23 мг/кг 1,33 мг/кг 1,84 мг/кг

Способ получения удобрения прост, не требует использования специальной техники и оборудования, малозатратен и пригоден для реализации как в личных подсобных хозяйствах, так и на уровне мелких, средних и крупных предприятий сельскохозяйственного производства.

Предлагаемая технология позволяет интенсивно утилизировать отходы сельскохозяйственного производства растительного и животного происхождения, не имевшие ранее полезного практического применения, и получать экологически чистый биогумус низкой себестоимости, который после обработки хелатными удобрениями превращается в сбалансированное органоминеральное удобрение, пригодное для воспроизводства плодородия почв, их рекультивации, как полноценное комплексное удобрение, хорошо сбалансированное по макро- и микроэлементам питания для растений, способствующее повышению урожайности сельскохозяйственных культур и улучшению качества продукции.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. На специально подготовленной площадке был подготовлен субстрат для производства биогумуса (60% навоз крупного рогатого скота, 40% солома пшеницы), отвечающий экологическим требованиям для жизнедеятельности червей семейства Lumbricidae, после чего подготовили бурт – шириной 1,5 м, длиной 8,0 м, глубиной – 0,3 м. Плотность заселения компостной массы дождевыми червями составила 3 тысячи особей на 1 м². В процессе компостирования (в течение 6 недель) поддерживалась оптимальная для жизнедеятельности червей влажность среды (70-75%), проводилась аэрация 1-2 раза в неделю методом ворошения.

Полученный биогумус механическим способом очистили от червей, непеработанного червями субстрата и мусора, после чего, биогумус поступил на ленточный транспортер, где методом орошения смешивался с 0,5% раствором хелатных удобрений в соотношении 0,5 л на 1 тонну. В последующем хелатированный биогумус подвергали сушке в естественных условиях.

Пример 2. На площадке был подготовлен субстрат для производства биогумуса (60% навоз крупного рогатого скота, 40% солома пшеницы). Размеры использованного бурта – ширина 1,5 м, длина 8,0 м, глубина – 0,3 м. Плотность заселения компостной массы дождевыми червями составила 5 тысяч особей на 1 м². В процессе компостирования (в течение 8 недель) поддерживалась оптимальная для жизнедеятельности червей влажность среды (70-75%), проводилась аэрация 1-2 раза в неделю методом ворошения.

Полученный биогумус механическим способом очистили от червей, непеработанного червями субстрата и мусора, после чего, биогумус поступил на ленточный транспортер, где методом орошения смешивался с 1% раствором хелатных удобрений в соотношении 0,65 л на 1 тонну. В последующем хелатированный биогумус подвергался сушке в естественных условиях.

Приготовленное таким способом удобрение фасуют в тару и доставляют потребителю.

В результате полученный биогумус, за счет орошения растворами жидких хелатированных удобрений, который усваивается растениями на 90%, позволил существенно уменьшить химическую нагрузку на почву. Также полученный биогумус показал высокую сбалансированность органической и минеральной части.

Результаты исследований представлены в таблице 3.

Показатель Образец 1 Образец 2 Среднее рН, ед. 6,81 6,83 6,82 Органическое вещество, % 25,56 27,09 26,33 Общий азот, % 1,79 2,06 1,93 Общий фосфор, % 2,94 3,15 3,05 Общий калий, % 1,74 2,06 1,90 Кальций, % 0,526 0,528 0,527 Магний, % 0,470 0,471 0,471 Молибден, % 0,001 0,0013 0,0012 Марганец, мг/кг 35,08 37,87 36,48 Медь, мг/кг 50,46 55,67 53,07 Цинк, мг/кг 31,45 36,57 34,01 Кобальт, мг/кг 1,33 1,84 1,59

Таким образом, заявленное техническое решение позволяет существенно уменьшить химическую нагрузку на почву, одномоментно и эффективно насытить почву органическими веществами и микроэлементами, необходимыми для восстановления и повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур.

Сопоставительный анализ заявленного способа получения биогумуса хелатированного показывает, что совокупность существенных признаков неизвестна из уровня техники и, значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».

В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного техническое решения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Приведённые сведения подтверждают возможность применения заявленного способа в сельскохозяйственной биотехнологии для производства экологически чистого биогумуса на основе вермиремедиации органических отходов животного и растительного происхождения, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Изобретение относится к области сельскохозяйственной биотехнологии. Способ включает приготовление субстрата путем смешивания компонентов, состоящих из отходов сельскохозяйственного производства растительного и животного происхождения, укладку субстрата в устройство для вермикультивирования, внесение в него червей семейства Lumbricidae, вермикультивирование, отделение червей от полученного биогумуса. Далее полученный биогумус подвергают орошению 0,5-1% раствором хелатного удобрения в соотношении 0,5-0,65 л на 1 тонну, после чего хелатированный биогумус подвергают сушке в естественных условиях. Субстрат содержит 60 мас.% навоза крупного рогатого скота и 40 мас.% соломы пшеницы. В качестве раствора хелатного удобрения используют «КомплеМет», дополнительно разведенный до концентрации твердых веществ 0,5-1%. Плотность заселения червями семейства Lumbricidae составляет 3-5 тысяч особей на 1 м² компостной массы. В качестве устройства для вермикультивирования используют бурт или вермиреактор. Способ обеспечивает уменьшение химической нагрузки на почву, повышение экологичности и сбалансированности органоминерального удобрения, интенсификацию утилизации отходов сельскохозяйственного производства. 7 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

1. Способ получения биогумуса хелатированного, включающий приготовление субстрата путем смешивания компонентов, состоящих из отходов сельскохозяйственного производства растительного и животного происхождения, укладку субстрата в устройство для вермикультивирования, внесение в него червей семейства Lumbricidae, вермикультивирование, отделение червей от полученного биогумуса, далее полученный биогумус подвергают орошению 0,5-1% раствором хелатного удобрения в соотношении 0,5-0,65 л на 1 тонну, после чего хелатированный биогумус подвергают сушке в естественных условиях.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что субстрат содержит 60 мас.% навоза крупного рогатого скота и 40 мас.% соломы пшеницы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве раствора хелатного удобрения используют «КомплеМет», дополнительно разведенный до концентрации твердых веществ 0,5-1%.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плотность заселения червями семейства Lumbricidae составляет 3-5 тысяч особей на 1 м² компостной массы.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс компостирования проводят в течение 6-8 недель при температуре 20-24°С, влажности 70-75% и аэрации 1-2 раза в неделю методом ворошения.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве устройства для вермикультивирования используют бурт или вермиреактор.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что бурт имеет следующие размеры: ширину – до 1,5 м, длину – до 8,0 м, глубину – до 0,3 м.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что орошение раствором проводят на ленточном транспортере.