СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ БИОКОМПОНЕНТОВ НА ПОВЕРХНОСТЬ ГРАНУЛИРОВАННОГО КАРБАМИДА Российский патент 2025 года по МПК C05C9/00 C05F17/20 C05G5/12 

Использование: в производстве удобрений.

Изобретение относится к способу обработки поверхности гранулированных удобрений, например, карбамида (мочевины) прилипателем и определенными штаммами микроорганизмов, например, эндофитных бактерий Bacillus pumilus штамм BIS88, ризосферных бактерий Bacillus subtilis штамм Ч-13 и эндофитных бактерий Bacillus subtilis штамм 8А, отвечающих за биохимическую переработку в почвенной среде питательных компонентов минеральных удобрений в формы, усваиваемые культурными сельскохозяйственными растениями, и блокирование роста патогенных бактерий в почве и теле культурных растений.

Предлагаемый способ позволяет получить на поверхности гранулированного карбамида слой, содержащий определенные штаммы микроорганизмов, например, эндофитных бактерий Bacillus pumilus штамм BIS88, ризосферных бактерий Bacillus subtilis штамм Ч-13 и эндофитных бактерий Bacillus subtilis штамм 8А, отвечающих за биохимическую переработку определенных компонентов минеральных удобрений в почвенной среде, в формы, усваиваемые культурными сельскохозяйственными растениями, и блокирование роста патогенных бактерий в почве и в теле культурных растений.

Эндофитными называются бактерии, которые способны колонизировать внутренние ткани растения, не вызывая при этом его заболевания и не оказывая отрицательного эффекта на его развитие. Бактериальные эндофиты колонизируют те же экологические ниши в растениях, что и фитопатогенные микроорганизмы, поэтому являются перспективным биоконтрольным агентом для борьбы с фитопатогенами.

Ризосферные бактерии находятся в прилегающей к корням почве, в частицах почвы, контактирующих с корневой системой растений, а также бактерии, соприкасающиеся с поверхностью корней, но не прикрепленные к ней. Ризосферные бактерии могут перерабатывать как вещества, поступающие из почвы к растению, так и вещества, поступающие из растения в почву. Продуктами переработки могут питаться и сами растения. Такие бактерии могут быть удалены с корней во время процедур отмывания растений от почвы.

Рост биомассы полезных штаммов бактерий в почвенной среде будет осуществляться в этом случае, в том числе, и за счет питательных веществ, содержащихся в гранулах минеральных удобрений.

Цель изобретения: разработать способ увеличения биомассы определенных штаммов бактерий, например, эндофитных бактерий Bacillus pumilus штамм BIS88, ризосферных бактерий Bacillus subtilis штамм Ч-13 и эндофитных бактерий Bacillus subtilis штамм 8А, в почвенной среде для биохимической переработки определенных компонентов минеральных удобрений в формы, усваиваемые культурными сельскохозяйственными растениями, и блокирование роста патогенных бактерий в почве и в теле культурных растений за счет разработки способа получения на поверхности гранулированных минеральных удобрений слоя, содержащего определенные штаммы микроорганизмов, отвечающих за блокирование роста патогенных бактерий в почве и в теле культурных растений и биохимическую переработку в почвенной среде определенных компонентов удобрений в формы, усваиваемые культурными сельскохозяйственными растениями. Способ должен подходить для большинства удобрений, в частност,: карбамида, который производится в гранулированном виде.

Полученный продукт можно использовать, как индивидуальное минеральное биоудобрение либо в смеси с другими удобрениями. Способ позволяет повысить урожайность ряда сельскохозяйственных растений из-за увеличения количества легко усваиваемых растениями питательных веществ.

Штаммы культурных полезных бактерий для применения в почвенной среде могут поставляться в виде соответствующих растворов либо в виде порошкообразного спорового концентрата, либо в виде порошкообразного пористого носителя (субстрата), в порах которого размещены требуемые бактерии.

В связи с этим простейшим способом получения минеральных удобрений, содержащих штаммы полезных бактерий, является простое смешение порошкообразных бактерий или порошкообразного носителя, содержащего бактерии, с порошком минерального удобрения [1]. Однако такой способ имеет серьезный недостаток - вполне вероятна гибель используемых бактерий из-за, как минимум, высокого содержания минеральных веществ (высокой минерализации среды, окружающей бактерии). Намного худшим способом, по сравнению с предыдущим, является внесение бактерий в химический процесс получения удобрений, где химическая среда (применяемые в производстве минеральных удобрений кислоты, щелочи, высокая температура, в том числе используемая при кристаллизации удобрений) будет губительна для бактерий.

Еще одним простейшим способом получения минеральных удобрений, содержащих штаммы полезных бактерий, является простое смешение порошкообразных бактерий или порошкообразного носителя, содержащего бактерии, с гранулами минерального удобрения либо нанесение порошкообразных бактерий или порошкообразного носителя, содержащего бактерии, на поверхность гранулированных удобрений [3] с последующей упаковкой полученной смеси в герметичную тару. Однако, такой простейший способ имеет ряд недостатков: 1) требуемая концентрация бактерий на поверхности гранул минерального удобрения изначально уже может быть недостаточна либо вообще недостижима; 2) при длительной транспортировке емкости с таким удобрением (т.е. при наложении небольшой вибрации) порошкообразный бактериальный носитель может осыпаться с гранул и оказаться на дне емкости с удобрением, что приведет к неравномерности соотношения минеральное удобрение - порошкообразный бактериальный носитель; 3) в процессе внесения в почву такой смеси порошкообразный бактериальный носитель может отделиться от минерального удобрения при внесении удобрения в ветреную погоду либо в дождливую погоду, либо, когда пошел дождь, через небольшой промежуток времени после внесения удобрений; 4) для некоторых типов бактерий может быть нежелателен непосредственный контакт бактерий с поверхностью гранулы минерального удобрения, т.к. высокое солесодержание может быть губительно для этих бактерий. В таких случаях концентрация бактерий в непосредственной близости к грануле минерального удобрения, внесенного в почву, будет недостаточной, и прирост биомассы бактерий, ожидаемый к определенному заданному промежутку времени, будет недостаточен, что может привести к снижению поступления питательных веществ, полученных бактериями, к культурным сельскохозяйственным растениям, а это, в свою очередь, приведет к снижению запланированной урожайности сельхозпродукции.

Разбрызгивание водных растворов бактерий над гранулами минеральных удобрений также является наиболее простым способом получения модифицированных бактериями минеральных удобрений [1]. Мельчайшие капельки раствора, содержащего бактерии, попадая на поверхность гранулы, незначительно растворяют ее поверхность, после чего растворитель испаряется, и бактерии оказываются хорошо закрепленными в поверхностном слое гранулы удобрения. Недостаток данного способа - бактерии могут быть смыты с поверхности гранулы слабым потоком воды. Бактерии должны выдерживать непосредственный контакт с химическими веществами в высоких концентрациях, входящими в состав гранул минерального удобрения, что не всегда возможно, и данный момент может резко сузить разнообразие используемых вариантов бактерий, что нежелательно.

Поверхность гранулы исходного минерального удобрения можно сделать более шероховатой, обрабатывая, например, механически готовые гранулы либо изменяя процесс получения гранул. Этот способ позволяет несколько увеличить концентрацию бактерий на поверхности гранул и лишь отчасти может решить поставленные задачи. Недостатком данного способа является то, что полезные бактерии могут быть смыты водой (отделены от гранулы удобрения) при начале растворения гранулы во влажной почве.

Другим способом является получение оболочки (поверхностного слоя) на поверхности каждой гранулы, содержащей штаммы полезных бактерий внутри этого слоя и/или на поверхности этого слоя. Этот метод широко применяется в производстве драже (конфет) и в производстве лекарств в виде гранул (или таблеток). Однако, масса веществ, затраченных для получения оболочки в готовом продукте, и собственно масса готового продукта обоих производств на несколько порядков меньше производства минеральных удобрений. Необходимо также учитывать ограниченный круг веществ, их применяемую форму (растворы, расплавы, сопутствующие растворители и т.д.), используемых для создания оболочек, а также их расход и стоимость. Нужно принять во внимание также производительность используемого для этого оборудования. Суммируя сказанное, можно прийти к выводу, что данные технологии будут очень дороги, поскольку масса одной гранулы минерального удобрения равна чаще всего около 0,01-0,5 г, а производство только гранулированных минеральных удобрений исчисляется миллионами тонн в год. Так, при диаметре гранулы 3 мм ее объем будет равен (4/3)π(1,5)³=14,13 мм³. При толщине поверхностного слоя 0,05 мм на данной грануле, т.е. 3,3% (расчет на удвоенную толщину поверхностного слоя) от ее исходного диаметра, его объем будет равен (4/3)π(1,6)³-(4/3)π(1,5)³=3,02 мм³, что составляет 3,02/14,13=0,2137 или 21,4% от объема гранулы без поверхностного слоя. На данном примере расчет показывает, что не менее 1/5 (т.е. не менее 20%) от объема удобрений придется на объем прилипателя (оболочки), что следует учитывать при производственных расчетах. Существенное снижение стоимости нанесения оболочек на гранулы возможно только при использовании в качестве материала для таких оболочек отходов каких-либо производств, например, пищевых производств, химических производств и т.д. Недостатком данного способа является время разрушения оболочки для высвобождения питательных веществ, содержащихся в грануле минерального удобрения. Кроме того, если только поверхностный слой оболочки содержит бактерии, то возникает риск их смыва слабым потоком воды раньше, чем начнется растворение содержимого гранулы минерального удобрения. Для решения этой проблемы бактерии можно нанести на гранулу в составе влагозащитных композиций [1].

Для устранения указанных выше недостатков необходимо разработать способ получения на поверхности гранулированных удобрений слоя, содержащего определенные штаммы микроорганизмов.

Сущность изобретения.

Для решения указанных выше проблем поверхность гранулы минерального удобрения - карбамида - необходимо лишь частично покрыть слоем липкого вещества (прилипателя), а затем обсыпать или опудрить порошкообразным концентратом спор бактерий, например, эндофитных бактерий Bacillus pumilus штамм BIS88, ризосферных бактерий Bacillus subtilis штамм Ч-13 и эндофитных бактерий Bacillus subtilis штамм 8А, используя указанные штаммы бактерий по отдельности или в виде всевозможных смесей различного состава, или порошкообразным носителем бактерий, каждую гранулу до тех пор, пока избыток порошка, содержащего бактерии, не сможет прилипать к грануле.

Данный метод имеет следующие преимущества: 1) уменьшается расход липкого вещества (прилипателя) по сравнению с покрытием всей поверхности гранулы; 2) беспрепятственное начало немедленного растворения гранулы с момента ее попадания во влажную почву; 3) слой с бактериями будет находиться на грануле практически до полного ее растворения во влажной почвенной среде, что обеспечит быстрый рост биомассы и ее бесперебойное питание веществами из растворяющейся гранулы минерального удобрения.

Поскольку масса одной гранулы исчисляется десятыми, а то и сотыми долями грамма, а масса выпускаемой стандартной гранулированной продукции только на одном агрегате только одного завода исчисляется тоннами в час (>1000-5000 гранул/с), то необходимо предложить метод быстрого нанесения на часть поверхности гранулы липкого слоя. Данную проблему можно решить, обеспечив кратковременный контакт поверхности гранулы с поверхностью липкого материала. Необходимым условием решения данной проблемы является то, что липкое вещество должно быть нанесено на подложку тонким слоем, достаточным для нанесения липкого слоя на часть поверхности гранулы и недостаточным, чтобы гранула прилипла к липкому слою и не могла от него оторваться, и, тем более, утонула в нем.

Приводим предлагаемую технологию. Гранулы удобрения - карбамида (мочевины) - из бункера с помощью воздушной пушки под действием сжатого воздуха по одной летят по касательной к наклонной поверхности или в желоб по касательной к его внутренней поверхности, либо внутрь наклонной трубы, которая, при необходимости, может вращаться также по касательной к ее поверхности. Поверхность наклонной поверхности или желоба, или наклонной трубы, при необходимости, может подогреваться, и часть наклонной поверхности или поверхности желоба, или трубы в виде узкой длинной полоски периодически или непрерывно смачивается прилипателем, толщина слоя которого равна 0,01-1 мм, который, при необходимости, может быть подогрет и который имеет свойство загустевать при охлаждении, а также растворяться или разлагается в природной почвенной среде.

В качестве прилипателя можно использовать вещества органического, например, 15-процентный водный раствор поливинилацетатной эмульсии (клей ПВА) [2], и неорганического происхождения, природные либо синтетические, в том числе отходы каких-либо производств, например, пищевых производств. Неполное покрытие поверхности гранул позволяет использовать в качестве прилипателя и вещества, не растворимые в воде, что сильно увеличивает круг используемых веществ.

В качестве экологически чистого биоразлагаемого прилипателя предлагается использовать полимеризовавшееся подсолнечное или растительное, рафинированное или нерафинированное масло, для получения которого подсолнечное либо растительное масло разливают тонким слоем 0,1-1 мм по ровной твердой поверхности и выдерживают на открытом воздухе в помещении или под навесом в присутствии солнечного света до 2-3 месяцев. Слой жидкого масла с течением времени превращается в прозрачную практически бесцветную твердую пленку, которую отделяют и собирают в отдельную емкость. При необходимости процесс повторяют. Процесс полимеризации использует имеющиеся в масле органические соединения с двойной углерод-углеродной связью. Для ускорения процесса полимеризации можно использовать различные методы, например, облучение, в том числе ультрафиолетовое облучение, озонированный воздух, пероксидные органические и неорганические соединения, соединения тяжелых мультивалентных металлов, нагревание и т.д. Процесс полимеризации рекомендуется вести до получения твердого продукта. Перед использованием в качестве прилипателя такого твердого полимеризовавшегося органического масла его рекомендуется подогреть для получения жидкой формы.

Траектория касания гранулы и смоченной поверхности должна быть строго выверена для того, чтобы за время касания и за траекторию касания только часть поверхности гранулы была покрыта липким веществом, особенно, если оно не растворимо в воде. Рекомендуется, чтобы толщина слоя прилипателя, нанесенного на твердую поверхность, была равна 0,01-1 мм. Рекомендуется, чтобы длина траектории касания гранулы и смоченной прилипателем поверхности составляла 1-3 длин окружностей используемой гранулы.

После завершения контакта с прилипателем гранула попадает во вращающуюся емкость, где находится порошкообразный концентрат спор бактерий, например, эндофитных бактерий Bacillus pumilus штамм BIS88, ризосферных бактерий Bacillus subtilis штамм Ч-13 и эндофитных бактерий Bacillus subtilis штамм 8А, для осуществления прилипания порошка к липкому слою прилипателя. Порошок прилипает к грануле, и одновременно гранула охлаждается, при этом избыток порошка к грануле уже не прилипает. Нахождение гранулы в данной емкости необходимо осуществлять до тех пор, пока избыток порошка уже не будет прилипать к грануле.

Далее обработанные гранулы попадают на наклонный вибростол с тонкой сеткой, где избыток порошка, содержащий бактерии, стряхивается и собирается в поддон для повторного использования. Очищенные гранулы собираются, высыпаются в герметичную емкость (пакет) и плотно запаковываются.

Предложенный метод пригоден для нанесения биокомпонентов и на другие гранулированные минеральные удобрения, в частности, моно- и диаммонийфосфат, смеси моно- и диаммофоса с хлоридом калия (один из вариантов состава NPK-удобрений).

Пример 1.

Гранула минерального удобрения - карбамид (мочевина) - диаметром 2-4 мм с помощью воздушной пушки кратковременно контактирует одной своей стороной либо частью своей сферы с подогретым до 40-80°С слоем полимеризованного подсолнечного масла. Полимеризованное подсолнечное либо растительное масло получают, разливая масло тонким слоем 0,1-1 мм по ровной твердой поверхности и выдерживают на открытом воздухе в помещении или под навесом в присутствии солнечного света до 2-3 мес, в течение этого времени слой жидкого масла превращается в прозрачную практически бесцветную твердую пленку, которую отделяют и собирают в отдельную емкость для использования. Тонкий слой жидкого полимеризованного масла на твердой поверхности можно получить за счет стекания подогретого полимеризованного масла по наклонной поверхности. После этого гранула, поверхность которой частично покрыта маслом, попадает во вращающуюся емкость, где производится контакт поверхности гранулы, смоченной полимеризованным подсолнечным маслом, с порошкообразным концентратом бактерий, например, эндофитных бактерий Bacillus pumilus штамм BIS88, ризосферных бактерий Bacillus subtilis штамм Ч-13 и эндофитных бактерий Bacillus subtilis штамм 8А. Контакт производится до полного застывания полимеризованного масла и отсутствия дальнейшего прилипания порошка к маслу. Далее гранулы поступают на наклонный вибростол с тонкой сеткой, где избыток порошка, содержащий бактерии, стряхивается и собирается в поддон для повторного использования. Готовые гранулы собираются и упаковываются в герметичные пластиковые пакеты.

Источники информации.

1. Чеботарь В.К., Казаков А.Е., Ерофеев С.В. Способ получения биоудобрений. Патент RU 2241692. Заявлено 11.10.2002. Опубликовано 10.12.2004. Бюл. №34.

2. Чеботарь В.К., Казаков А.Е., Ерофеев С.В., Данилова Т.Н., Наумкина Т.С., Штарк О.Ю., Тихонович И.А., Борисов А.Ю. Способ получения комплексного микробиологического удобрения. Патент RU 2318784. Заявлено 30.03.2006. Опубликовано 10.03.2008. Бюл. №7.

3. Чеботарь В.К., Ерофеев С. В. Способ получения биоминеральных удобрений и мелиорантов (варианты). Патент RU 2512277. Заявлено 10.10.2012. Опубликовано 10.04.2014. Бюл. №10.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к средствам защиты растений. Способ нанесения биокомпонентов на поверхность гранулированного удобрения карбамида включает контакт гранул карбамида только одной стороной либо частью сферы с прилипателем, в качестве которого используют подогретое до температуры 40-80°С полимеризованное подсолнечное масло. Далее гранулы с нанесенным прилипателем смешивают с избытком порошка, содержащего споры бактерий: эндофитных бактерий Bacillus pumilus штамм BIS88, ризосферных бактерий Bacillus subtilis штамм Ч-13 или эндофитных бактерий Bacillus subtilis штамм 8А в виде индивидуальных штаммов или их смесей друг с другом. Перемешивание осуществляют до тех пор, пока порошок не перестанет прилипать к прилипателю. Далее избыток порошка, содержащий споры бактерий, отделяют, а готовые гранулы собирают и упаковывают в герметичные емкости. Полимеризованное подсолнечное масло получают путем нанесения тонкого слоя подсолнечного масла на твердую поверхность и выдерживания в течение 2-3 месяцев на отрытом воздухе в помещении или под навесом под действием солнечного света. Прилипатель наносят в виде тонкого слоя жидкости толщиной 0,01-1 мм на твердую поверхность либо в виде тонкого слоя жидкости толщиной 0,01-1 мм, стекающей по наклонной поверхности. Контакт гранулы карбамида с прилипателем осуществляют с помощью воздушной пушки под действием сжатого воздуха, траектория касания гранулы с поверхностью прилипателя происходит под острым углом, а длина траектории касания равна 1-3 длины окружности используемой гранулы. Диаметр гранулы карбамида составляет 2-4 мм. Предлагаемый способ нанесения биокомпонентов на поверхность гранулированного удобрения карбамида расширяет арсенал средств получения удобрений с биокомпонентами, позволяет исключить приготовление культуральной жидкости, снижает расход прилипателя для нанесения биокомпонента. 5 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ нанесения биокомпонентов на поверхность гранулированного удобрения карбамида, характеризующийся тем, что осуществляют контакт гранул карбамида только одной стороной либо частью сферы с прилипателем, в качестве которого используют подогретое до температуры 40-80°С полимеризованное подсолнечное масло, после чего гранулы с нанесенным прилипателем смешивают с избытком порошка, содержащего споры бактерий: эндофитных бактерий Bacillus pumilus штамм BIS88, ризосферных бактерий Bacillus subtilis штамм Ч-13 или эндофитных бактерий Bacillus subtilis штамм 8А в виде индивидуальных штаммов или их смесей друг с другом, до тех пор, пока порошок не перестанет прилипать к прилипателю, далее избыток порошка, содержащий споры бактерий, отделяют, а готовые гранулы собирают и упаковывают в герметичные емкости.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что полимеризованное подсолнечное масло получают путем нанесения тонкого слоя подсолнечного масла на твердую поверхность и выдерживания в течение 2-3 месяцев на отрытом воздухе в помещении или под навесом под действием солнечного света.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что прилипатель наносят в виде тонкого слоя жидкости толщиной 0,01-1 мм на твердую поверхность либо в виде тонкого слоя жидкости толщиной 0,01-1 мм, стекающей по наклонной поверхности.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что контакт гранулы карбамида с прилипателем осуществляют с помощью воздушной пушки под действием сжатого воздуха, траектория касания гранулы с поверхностью прилипателя происходит под острым углом, а длина траектории касания равна 1-3 длинам окружностей используемой гранулы.

5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что используют гранулы диаметром 2-4 мм, а сами гранулы используют без их предварительного подогрева.

6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что гранулы, покрытые прилипателем, смешивают в смесителе с порошком, содержащим споры бактерий, до отсутствия дальнейшего прилипания порошка, содержащего споры бактерий, к прилипателю, а для удаления избытка порошка, содержащего споры бактерий, гранулы поступают на наклонный вибростол, где избыток порошка, содержащий споры бактерий, стряхивают и собирают в поддон для последующего повторного использования.