Способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства Российский патент 2025 года по МПК C05F11/02 C05F5/00 C05G1/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для повышения плодородия почвы.

Содержание гумуса является решающим фактором для почвы. Однако этот показатель, к сожалению, имеет тенденцию к снижению во всех свеклосеющих регионах России. Если в начале XX века, до бурного развития пищевой промышленности, например, на кубанских черноземах содержание гумуса достигало 10%, то сейчас оно обычно едва достигает 5-6%.

Наметившаяся тенденция интенсивного роста производственных мощностей сахарных заводов в Российской Федерации значительно обострила проблему обеспечения их свеклой и послужила основной причиной перехода на выращивание сахарной свеклы в специализированном трехпольном зерносахарно-свекловичном севообороте, что связано с необходимостью дополнительного мероприятия по микробиологическому улучшению почвы, поддержанию ее плодородия и влажности. Расширение производства сахара привело не только к увеличению посевных площадей сахарной свеклы, но и в то же время произошло резкое увеличение объема дефекационного шлама (испражнений) на производственных площадках сахарных заводов (Barbara М Muir. Sugar Beet Processing to Sugars // In book: Sugar Beet Cultivation, M.anagement and Processing. - 2022. - pp. 837-862). DPI: 10.1007/978-981-19-2730-0_42). Дефекат - это "отработанный" карбонат кальция с органическими и неорганическими примесями, которые в процессе очистки сахаросодержащих растворов были "посажены" на карбонат кальция и удалены на поля фильтрации.

Отходы сахарного производства содержат значительное количество микроэлементов, вынесенных с полей за период вегетации. Расширение производства сахара привело не только к увеличению посевных площадей сахарной свеклы, но и при этом произошел резкий рост объемов дефекационной грязи (дефеката) на производственных площадках сахарных заводов.

На сегодня разработано множество способов утилизации отходов при переработке свеклы.

Одним из наиболее простых способов переработки органических отходов является их ферментация аэробным или анаэробным способом (Неклюдов А.Д., Иванкин Л.Н. Экологические основы производств. Взаимосвязь экологии, химии и биотехнологии. - М: МГУЛ, 2003, 365 с). В первом случае получают компосты, во втором случае - биогаз, а также компосты.

Известен способ получения компоста, предусматривающий смешение отходов птицеводческих и животноводческих хозяйств с влагопоглощающим материалом лигнином в сочетании с другими влагопоглощающими добавками (соломой, опилками, торфом), последующей твердофазной ферментацией при температуре 20-70°С полученной смеси в течение 5-7 суток с использованием стимулятора компостирования в виде консорциума на основе термотолерантных и термофильных бактерий Bacillus sublilis, Clostridium butyricum, Micrococcus urea и гриба Sporotrichum pruinosum, вводимых в виде водной суспензии клеток или в виде сухого порошка в концентрации 0,05-0,1% по биомассе от массы компостируемой смеси (Патент RU №2197453).

Недостатками известного способа является получение компоста с низкими удобряющими и почвоулучшающими свойствами, получение компоста, не полностью созревшего, содержащего полуразложившиеся остатки растительного происхождения. Такой компост может индуцировать рост и размножение фитопатогенных грибов и бактерий, а продукты полураспада его в виде органических кислот могут оказывать отрицательное влияние на рост и развитие растений.

Известен способ приготовления компоста, включающий перемешивание органических отходов (помета) с измельченным влагопоглощающим органическим материалом (торф, опилки) с внесением биоактиватора в виде микробной композиции, включающей целлюлозоразрушающие, азотфиксирующие и стимулирующие рост растений микроорганизмы и аэробное компостирование полученной смеси (Патент RU №2230721).

Недостатком этого способа является выбор термотолерантных микроорганизмов, в частности микромицета - Monoascus rubber, который активен при температуре 40-60°С, что осложняет процесс ферментации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства (патент RU №2490239), который включает обработку дефеката сахарного производства и органики гумифицирующими организмами, причем дефекат смешивают с торфом в соотношении 1:3 по объему, доводя рН до значения 6,5-7,5, после чего смесь обрабатывают раствором молочнокислых бактерий в объемном соотношении 1:1000 (1 литр на 1 т), субстрат доводят до влажности 60-65% и компостируют в течение 2-х недель без доступа света при оптимальной температуре, затем добавляют элементы питания растений NPK в расчетных количествах и тщательно перемешивают.

Основной недостаток известного способа не высокое качество получаемого биогумуса, как удобрения и мелиоранта.

Анализ существующего уровня техники, показал, что технической проблемой в данной области является необходимость создания способов утилизации отходов сахарного производства, и использование продукта утилизации для повышения плодородия почвы.

Технический результат изобретения: повышение плодородия почвы за счет улучшения агрохимических свойств почвы, обеспечиваемых использованием дефеката сахарного производства.

Для решения технической проблемы и достижения заявленного результата в способе получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства, который смешивают с 18,0-22,0% водным раствором торфа, предварительно обработанным воздействием микровзрывов пузырьков воздуха в гидродинамическом генераторе кавитации, при коэффициенте модуляции 0,4-0,6 и достижении

температуры суспензии до 50-60°С, при этом исходные компоненты берут в соотношении 1:1,5-2,0 и смешивают сырье, используя ультразвуковое воздействие в частотном диапазоне от 22 до 24 кГц, затем в подготовленную смесь вводят измельченную биомассу соломы, обеспечивая влажность конечного продукта на уровне 45-50%.

Способ осуществляют с применением специально подобранных режимов кавитации при коэффициенте модуляции 0,4-0,6. При изменении коэффициента модуляции ниже 0,4 и выше 0,6 повышается энергоемкость процесса и снижается эффективность дробления и активизации гуминовых веществ торфа. При этом важно обеспечить достижение температуры суспензии в диапазоне 60-70°С. Превышение этого уровня температуры приведет к стерилизации суспензии и снижению биологической эффективности мелиорирующей смеси. Обозначенный режим приводит к образованию в пульсирующих струях суспензии микровзрывов пузырьков воздуха, растворенного в воде или сточных водах, что приводит к дроблению мономолекул гуминовых веществ торфа. Затем ультразвуковым воздействием в частотном диапазоне от 18 до 24 кГц обеспечивается равномерное смешивание компонентов, после чего в смесь вводят измельченную биомассу соломы из расчета обеспечения влажности конечного продукта на уровне 45-50%.

Кавитация, создаваемая путем гидродинамического генерирования интенсивных акустических волн, является основным фактором высокопотенциального энергетического воздействия на водную взвесь компонентов удобрительно-мелиорирующей смеси.

Удобрительно-мелиорирующая смесь применяется из расчета 5-10 тонн на гектар, что становится залогом увеличения содержания экологически безопасного органического вещества в почве. В результате улучшается ее агрохимические свойства и, как следствие, повышается урожайность сельскохозяйственных культур.

Отклонения от указанных параметров технологического процесса в кавитаторах и норм введения полученной по предложенному способу удобрительно-мелиорирующей смеси снижает эффективность ее применения и увеличивает энергоемкость процесса.

При снижении гуматов в составе продукта снижается количество и усвояемость минеральных веществ. Увеличение количества дефеката приводит к нарушению технологических свойств удобрительно-мелиорирующей смеси.

Основным преимуществом предлагаемого способа является то, что восполнение дефицитных для почв данного региона микроэлементов и биологически активных веществ осуществляется путем приготовления труднофракционируемой суспензии из водной суспензии дефеката, гуматов глубинного торфа и других микроэлементов и органических веществ, необходимых для почвы и растений.

Эффективность полученной по предложенному способу удобрительно-мелиорирующей смеси установлена в результате серии производственных испытаний.

Реализация способа продемонстрирована на блок - схеме технологической линии для производства удобрительно-мелиорирующей смеси.

Технологическая линия включает: Приемный бункер-дозатор торфа 1; сепаратор 2; накопительный бункер отсева 3; емкость приготовления водного раствора торфа 4; гидродинамический кавитатор 5; ультразвуковой кавитатор 6; бункер-смеситель 7; накопитель 8; фасовщик готового продукта. 9.

Вход материальных потоков: А - торф; В - вода; С - сточная вода; D - дефекат; Е - микробиологические добавки, микроэлементы; F - биомасса не товарной части урожая культур свекловичного севооборота.

Способ реализуется следующим образом.

Торф поступает из транспортных средств на открытую складскую площадку (под навесом), а оттуда летом фронтальным погрузчиком загружается в приемный бункер-дозатор торфа 1 с дозатором. В холодную погоду торф загружается на склад, обогреваемый инфракрасными излучателями, и в нагретом состоянии перегружается погрузчиком-подборщиком в приемный бункер-дозатор торфа 1. Дозатор подает дозированное количество торфа (0,5 тонны) в сепаратор 2, где отделяются механические примеси, которые транспортером передаются в накопительный бункер отсева 3 и вывозятся на поля. Очищенный торф подается в емкость приготовления водного раствора торфа 4, заполненный предварительно подготовленной водой из емкости (отфильтрованной артезианской или из стоков сахарного завода). Полученный 18,0-22,0% водный раствор торфа подают в гидродинамический кавитатор 5 для обработки микровзрывами пузырьков воздуха при коэффициенте модуляции 0,4-0,6 и достижении температуры суспензии до 50-60°С, при этом молекулы гуминовых веществ торфа измельчаются путем физического воздействия на них, пульсирующим сверхвысоким давлением.

Смешение сырья осуществляют в ультразвуковом кавитаторе 6, для чего используют ультразвуковое воздействие в частотном диапазоне от 22 до 24 кГц, затем в подготовленную смесь вводят измельченную биомассу соломы, обеспечивая влажность конечного продукта на уровне 45-50%.

На последнем этапе коллоидную суспензию гуматов торфа смешивают в бункере-смесителе 7 с дефектом и бактериальными компонентами, а также микроэлементами и природными биологически активными веществами или их синтетическими аналогами. После перемешивания и доведения смеси до влажности 45-50% продукт подают в накопитель 8, а по мере накопления далее подают в фасовщик готового продукта 9 для фасовки в контейнеры или биг-беги.

Состав удобрения-мелиорирующей смеси приведен в таблице 1.

Изучение эффективности применения приготовленной по заявляемому способу удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства проведено в технологии возделывания сахарной свеклы.

Опытные поля расположены в 15 километрах на юго-запад от города Белгород. Опыты проводились на посевах гибрида сахарной свеклы ЛМС-94.

Дата посева культур, норма высева семян, агротехника: Гибрид сахарной свеклы был посеян с нормой 140 тысяч семян на один гектар 29 апреля.

Агротехника опытных участков:

Почва опытного участка - типичный среднемощный выщелоченный чернозем, тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке. Содержание гумуса составляет 5,0%, Р₂О₅ - 25 мг, K₂O - 18 мг на 100 грамм сухой почвы, рН=5,8, гидролитическая кислотность - 3,01 мг-экв. на 100 грамм почвы, сумма поглощенных оснований - 42,4 мг-экв. на 100 грамм почвы.

Предшественником сахарной свеклы служил посев озимой пшеницы.

После уборки предшествующей культуры на опытном поле разбрасывателем органических удобрений вносили удобрительно-мелиорирующую смесь из пасчета 5 т/га, после чего контрольное и опытное поле поля два раза рыхлили противоэрозионным культиватором КПЭ-3,8 на глубину 14-16 см. В середине октября под сахарную свеклу была проведена вспашка плугом ПН-5-35 на глубину 27-30 см с последующим выравниванием почвы культиватором КПС-4. Весной после созревания почвы проведено боронование контрольного т опытного полей с одновременным выравниванием сцепкой из борон ВНИС-Р и шлейф-борон. Непосредственно перед ВНИС-Р. Сахарная свекла на контрольном и опытном полях выращивалась на фоне минерального питания N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀ кг д.в. на 1 гектар. Посев сахарной свеклы проводился с междурядьями 45 см сеялками ССТ-12В.

Дополнительных мероприятий по уходу за опытными делянками - снегозадержание, подкормка минеральными удобрениями, борьба с болезнями и насекомыми - не проводилось. При массовом появлении всходов сорняков на посевах сахарной свеклы была проведена гербицидная обработка баковой смесью препаратов Бицепс Гарант - 1,1 л/га с Миурой - 0,6 л/га (23 мая). По второй волне сорняков применялась баковая смесь в составе: Бетанес 1,5 л/га+Карибу 30 г/га+Лонтрел - 300 0,5 л/га+Зеллек-супер 0,5 л/га (6 июня).

Делянки сахарной свеклы размещались в четырехкратной повторности.

Учеты, наблюдения и оценка биологической и хозяйственной эффективности проводились по общепринятым методикам и в соответствии с методическими рекомендациями ВИЗР. Математическая обработка урожайных данных проведена по Б.А. Доспехову.

Дата уборки:

Уборка урожая сахарной свеклы 19 сентября. Учет урожайности сахарной свеклы делали вручную. На всей площади учетной делянки площадью 25 м² выкапывались растения сахарной свеклы с последующей обрезкой ботвы и взвешиванием корнеплодов.

Один из самых главных показателей продуктивности культуры является сбор сахара. В нашем опыте наибольший выход сахара был получен на четвертый варианте 8,41 т/га, в то время как на контрольном варианте он был самым низким 7,56 т/га. На остальных вариантах сбор сахара колебался от 8,11 до 8,16 т/га (таблица 6).

По сравнению с прототипом предложенный способ расширяет ассортимент удобрительно-мелиорирующих смесей, оказывающих положительное влияние на состав почвы и как следствие - повышение продуктивности растений за счет более полного состава и высокой питательной ценности для почвенных микроорганизмов, содержанием биологически активных веществ.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства характеризуется тем, что дефекат сахарного производства смешивают с 18,0-22,0% водным раствором торфа, предварительно обработанным воздействием микровзрывов пузырьков воздуха в гидродинамическом генераторе кавитации, при коэффициенте модуляции 0,4-0,6 и достижении температуры суспензии до 50-60°С, при этом исходные компоненты берут в соотношении 1:1,5-2,0 и смешивают сырье, используя ультразвуковое воздействие в частотном диапазоне от 22 до 24 кГц, затем в подготовленную смесь вводят измельченную биомассу соломы, обеспечивая влажность конечного продукта на уровне 45-50%. Изобретение позволяет повысить плодородие почвы за счет улучшения агрохимических свойств почвы. 1 ил., 2 табл.

Способ получения удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката сахарного производства, характеризующийся тем, что дефекат сахарного производства смешивают с 18,0-22,0% водным раствором торфа, предварительно обработанным воздействием микровзрывов пузырьков воздуха в гидродинамическом генераторе кавитации, при коэффициенте модуляции 0,4-0,6 и достижении температуры суспензии до 50-60°С, при этом исходные компоненты берут в соотношении 1:1,5-2,0 и смешивают сырье, используя ультразвуковое воздействие в частотном диапазоне от 22 до 24 кГц, затем в подготовленную смесь вводят измельченную биомассу соломы, обеспечивая влажность конечного продукта на уровне 45-50%.