ОРГАНИЧЕСКОЕ УДОБРЕНИЕ ИЗ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ Российский патент 2025 года по МПК C05F7/00 

Область техники

Изобретение относится к области производства удобрений, в частности к удобрениям из отходов органического происхождения, и способам их получения.

Уровень техники

Осадки сточных вод (ОСВ) являются привлекательным сырьем для получения удобрений, так как содержат полезные для почвы микроэлементы, в частности, азот, фосфор, калий, а также богаты органическим веществом. Кроме того, следует отметить низкое содержание в ОСВ тяжелых металлов, а именно, свинца, меди, цинка, никеля, хрома, марганца и железа. Это обуславливает широкое применение ОСВ в качестве компонента органических, органоминеральных, органо-известковых комплексных удобрений, почвогрунтов (растительных грунтов), рекультивантов, изолирующего материала и биотоплива, см. ГОСТ P 59 748-2021 (Технические принципы обработки осадков сточных вод. Общие требования).

Однако, применение ОСВ в качестве монокомпонентного удобрения ограничено, в первую очередь, требованиями ГОСТ P 59 748-2021 (см. Приложение А, Таблица А4) в отношении массовой доли влаги и питательных элементов в органических удобрениях, производимых из ОСВ.

В частности, согласно требованиям ГОСТ P 59 748-2021, массовая доля влаги (влажность) органического удобрения из ОСВ должна составлять не более 70%. При этом, существующие на сегодняшний день способы осушения ОСВ требуют проведения длительных и энергозатратных операций, и применения дополнительных реагентов, что приводит к удорожанию удобрений из ОСВ.

Например, из RU 2457909 (МПК B09B 3/00, C02F 11/02, C02F 11/14; опубл. 10.08.2012) известен способ переработки осадков сточных вод, включающий обработку осадков аминокислотным реагентом-детоксикантом, содержащим ионы марганца, меди, цинка, свинца, хрома, кобальта, никеля и кадмия, выдержку осадков до достижения рН 7,2-7,5 с последующим их распределением на иловых картах, обработку перемешанным с водой аминокислотным реагентом-бактерицидом на основе гидратов гидроксоаминокислотных комплексных соединений меди (II) с выдержкой обработанных осадков по времени, зависящему от объема осадков на одной площадке и числа мест дозировки на иловых картах, повторную обработку осадков аминокислотным реагентом-детоксикантом, перемешанным с водой в процентном содержании 10% реагента-детоксиканта к 90% воды, выдержку осадков в течение 20 дней и компостирование полученной органоминеральной композиции. Перед каждой обработкой осадков сточных вод проводят определение их остаточного загрязнения.

Недостатками этого способа получения органического удобрения из ОСВ являются его многостадийность и длительность, а также затраты на приготовление реагента-детоксиканта и реагента-бактерицида.

Кроме того, ОСВ не соответствует требованиям ГОСТ P 59 748-2021 в отношении содержания основных питательных элементов. В частности, содержание общего азота в ОСВ ниже требуемого значения в 4,8 раза; содержание общего фосфора ниже требуемого в 5,2 раза; общий калий в ОСВ отсутствует. Для повышения питательной ценности в ОСВ вносят различные добавки, например, отходы растительного происхождения, такие как отходы деревообрабатывающих или пищевых предприятий.

В частности, из RU 2423337 (МПК C05F 7/00; опубл. 10.07.2011) известно органоминеральное удобрение, содержащее осадки бытовых стоков, дигидратный фосфогипс и отходы деревообрабатывающей промышленности - опилки, в соотношении по массе 55:40:5, соответственно. Способ получения этого органоминерального удобрения включает приготовление смеси указанных компонентов и ее компостирование в весенне-летне-раннеосенний период в условиях высоких среднесуточных температур в течение 4-5 месяцев, при этом компостируемую смесь периодически перемешивают.

Недостатками этого способа являются его длительность и осуществимость только в определенное ограниченное время года. Кроме того, полученное удобрение отличается низкой питательной ценностью: максимальное содержание органического вещества составляет 21,5%, N - 0,31%, подвижных соединений серы - 0,69%, Si - 1,28 мг/кг, P₂O₅ - 2,0 мг/кг, CaO - 1,48%.

Кроме того, в RU 2514221 (МПК C05F 3/00; опубл. 27.04.2014) раскрыто органоминеральное удобрение из осадка сточных вод и способ его получения с помощью компостирования. Указанное органоминеральное удобрение содержит осадки сточных вод с опилками в соотношении 1:0,12 по массе или 1:0,61 по объему, или с измельченной соломой в соотношении 1:0,11 по массе или 1:1,82 по объему. Способ получения указанного органоминерального удобрения включает приготовление смеси из указанных компонентов, добавление в полученную смесь сульфата калия в количестве 0,2-0,3% по массе и ее компостирование в буртах. Время созревания компоста на основе осадков сточных вод и опилок или измельченной соломы в естественных климатических условиях Центрального округа РФ в весенне-летнее время составляет 3,5-4 месяца, в осенне-зимнее - 5-6 месяцев. При этом для ускорения процесса компостирования проводят периодическое перемешивание компостной массы в весенне-летнее время каждые 4-6 недель, в зимнее время - каждые 6-8 недель.

Недостатками этого способа являются длительность процесса получения удобрения, а также дополнительные затраты на приобретение сульфата калия, что приводит к удорожанию конечного продукта.

В качестве прототипа настоящего изобретения авторами выбрано органоминеральное удобрение из осадков сточных вод и способ его получения согласно RU 2712664 (МПК C02F 11/122, C02F 11/148, C05D 3/02, C05D 5/00, C05F 3/00, C05F 7/00; опубл. 30.01.2020). Указанное органоминеральное удобрение содержит обезвоженные осадки сточных вод и органический компонент. В качестве органического компонента выбран навоз. При этом осадки сточных вод смешивают с навозом в объемном соотношении 0,5:0,5. Способ получения указанного органоминерального удобрения включает обезвоживание осадков сточных вод и их смешивание с органическим компонентом - навозом, при этом обезвоживание осадков осуществляют на фильтр-прессах с площадью поверхности фильтрования 2,5-50 м² путем их подачи под давлением не менее 0,6 МПа при расходе сжатого воздуха 0,2 м³/мин на 1 м² поверхности фильтрования. Перед обезвоживанием осадки сточных вод кондиционируют органическими флокулянтами в дозе 4-9 мг/л с последующей обработкой полученного кека негашеной известью и одновременным обеззараживанием за счет повышения температуры до 80°С при реакции негашеной извести с водой. Обезвоженные осадки сточных вод подсушивают до влажности 50%, после чего смешивают с органическим компонентом.

Недостатками данного способа являются многостадийность и длительность процесса получения удобрения, а также затраты на органические флокулянты и негашеную известь, что в целом приводит к удорожанию конечного продукта.

Таким образом, стоит задача обеспечения органического удобрения, содержащего осадки сточных вод (ОСВ), которое отвечает требованиям ГОСТ P 59 748-2021, включая требования в отношении влажности, а также содержания питательных элементов и тяжелых металлов.

Указанная задача решена путем обеспечения органического удобрения из осадков сточных вод (ОСВ), где ОСВ смешивают с лузгой подсолнечника в соотношении ОСВ:лузга подсолнечника от 3:1 до 1:4. Кроме того, предложен способ получения указанного удобрения, не требующий проведения сложных энергозатратных стадий и применения дополнительных реагентов.

Авторами настоящего изобретения неожиданно обнаружено, что за счет своей высокоразвитой поверхности лузга подсолнечника способствует удалению влаги из ОСВ, что позволяет получить органическое удобрение из ОСВ, соответствующее требованию ГОСТ P 59 748-2021 в отношении влажности. Кроме того, это позволяет повысить энергоэффективность способа получения удобрения из ОСВ, благодаря отсутствию необходимости в лишних трудоемких стадиях по извлечению избыточной влаги из ОСВ.

Более того, полученное удобрение, содержащее ОСВ и лузгу подсолнечника, имеет улучшенный качественный состав, за счет чего оказывает благоприятный эффект на рост и развитие растений. Авторами обнаружено, что наилучшие морфометрические показатели достигаются при массовом соотношении ОСВ: лузга от 3:1 до 1:4 и при дозе удобрения от 5% до 50% к массе грунта. При этом, содержание питательных веществ в указанном удобрении соответствует требованиям ГОСТ P 59 748-2021.

Таким образом, добавление лузги подсолнечника к ОСВ в соотношении ОСВ:лузга подсолнечника от 3:1 до 1:4 позволяет получить удобрение с влажностью и содержанием питательных веществ, которые соответствуют ГОСТ P 59 748-2021. Кроме того, замена навоза (RU 2712664) на лузгу подсолнечника приводит к получению удобрения с улучшенным качественным составом (в частности, повышенным содержанием общего азота, фосфора и калия), повышенным содержанием органического вещества, пониженной влажностью и пониженным содержанием тяжелых металлов. Указанные преимущества, в свою очередь, способствуют увеличению роста и развития растений, а также увеличению всхожести семян.

Кроме того, за счет уникальных структурных свойств лузги подсолнечника, способ получения удобрения согласно настоящему изобретению является более энергоэффективным по сравнению с известными способами получения органических удобрений из ОСВ, в частности, способа согласно RU 2712664, так как не требует проведения трудоемких и энергозатратных стадий по обезвоживанию ОСВ, а также применения дополнительных реагентов.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 - Влияние дозы ОСВ на морфометрические показатели (длина стебля, масса стебля, диаметр стебля, длина корня, масса корня) гороха сорта Альфа через 14 дней после посадки.

Фигура 2 - Влияние дозы лузги подсолнечника на морфометрические показатели гороха сорта Альфа через 14 дней после посадки.

Фигура 3 - Влияние дозы удобрения из ОСВ и лузги подсолнечника на морфометрические показатели гороха сорта Альфа через 14 дней после посадки.

Фигура 4 - Фотографии изменения морфометрических показателей гороха сорта Альфа в зависимости от дозы удобрения из ОСВ и лузги подсолнечника. 1 - Контроль; 2 - 2,5% удобрения; 3 - 5% удобрения; 4 - 10% удобрения; 5 - 20% удобрения; 6 - 30% удобрения; 7 - 40% удобрения; 8 - 50% удобрения.

Раскрытие изобретения

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено органическое удобрение, содержащее осадки сточных вод и органический компонент, отличающееся тем, что массовое соотношение осадков сточных вод и органического компонента составляет от 3:1 до 1:4, и органический компонент представляет собой лузгу подсолнечника.

Согласно ГОСТ P 59 748-2021, осадки сточных вод (ОСВ) - это смесь минеральных и органических веществ, выделяемых из сточных вод в процессе их механической, биологической, физико-химической и реагентной очистки, в том числе, избыточный активный ил, выведенный из технологического процесса биологической очистки.

Термин «лузга подсолнечника» означает плодовые оболочки семян подсолнечника, отделённые от семян. Термин «лузга» может быть использован взаимозаменяемо с такими терминами как «шелуха», «кожура», «оболочка» и «скорлупа». Под «подсолнечником» в контексте настоящего изобретения следует понимать любое растение рода Helianthus, включая, но не ограничиваясь, типовым видом Helianthus annuus (подсолнечник масличный). Предпочтительно, лузга подсолнечника представляет собой плодовые оболочки семян подсолнечника вида Helianthus annuus.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен способ получения органического удобрения, включающий обезвоживание осадков сточных вод (ОСВ) и их смешивание с органическим компонентом, отличающийся тем, что обезвоживание осадков осуществляют на фильтр-прессах, смешивание обезвоженных осадков сточных вод с органическим компонентом осуществляют в массовом соотношении от 3:1 до 1:4, и органический компонент представляет собой лузгу подсолнечника.

При этом обезвоживание ОСВ на фильтр-прессах можно проводить с помощью любых доступных фильтр-прессов, например, на фильтр-прессах с параметрами, раскрытыми в RU 2712664. В частности, фильтр-прессы могут иметь площадь поверхности фильтрования 2,5-50 м², ОСВ можно подавать на фильтр-прессы под давлением не менее 0,6 МПа при расходе сжатого воздуха 0,1-0,5 м³/мин на 1 м² поверхности фильтрования, предпочтительно при расходе сжатого воздуха 0,1-0,4 м³/мин на 1 м² поверхности фильтрования, и более предпочтительно при расходе сжатого воздуха 0,2-0,3 м³/мин на 1 м² поверхности фильтрования.

Обезвоживание ОСВ на фильтр-прессах проводят, как правило, до влажности ОСВ около 70-85%. Иными словами, влажность ОСВ после обезвоживания на фильтр-прессах составляет 70-85%, предпочтительно 75-85%, более предпочтительно 80-85%. Дальнейшее обезвоживание ОСВ требует проведения дополнительных трудоемких и энергозатратных стадий, таких как кондиционирование органическими флокулянтами с последующей обработкой негашеной известью как описано в RU 2712664, что приводит к удорожанию удобрения.

Для получения органического удобрения из ОСВ, влажность которого и содержание питательных элементов в котором отвечают требованиям ГОСТ P 59 748-2021, к обезвоженным на фильтр-прессах ОСВ добавляют лузгу подсолнечника.

Авторами настоящего изобретения впервые обнаружено, что лузга подсолнечника выступает в роли структурообразователя, что позволяет за счет высокоразвитой поверхности ее волокон значительно усилить процесс удаления влаги из ОСВ. Это объясняется тем, что в результате внесения лузги подсолнечника в ОСВ формируется слой активных радикалов, вступающий в сорбционное взаимодействие с поверхностью дисперсной фазы ОСВ. За счет этого происходит снижение поверхностного заряда дисперсных частиц и уменьшение их энергии связи с водой, а также ослабевают силы сцепления воды с твердыми частицами дисперсной фазы осадков.

Измельчение лузги подсолнечника позволяет дополнительно улучшить ее микропористую структуру, так как при измельчении происходит пластическая деформация вещества. Кроме того, измельчение сопровождается разрывом химических связей, что предопределяет возможность последующего образования новых связей (протекания механико-химических реакций). Предпочтительно, размер частиц лузги подсолнечника составляет 0,1-0,45 см., более предпочтительно 0,1-0,35 см, еще более предпочтительно 0,1-0,3 см.

Измельчение лузги подсолнечника можно осуществлять любыми доступными способами, например, с помощью дробилки, в частности, щековой, конусной, молотковой, роторной, валковой дробилки, или с помощью шаровой мельницы. В частности, в настоящем изобретении измельчение лузги подсолнечника проводили на молотковой дробилке ДРМ-150 с частотой вращения 1500 об/мин.

Как правило, лузга, поступающая с маслоэкстракционных заводов, имеет влажность около 10-12%. Для целей настоящего изобретения влажность лузги подсолнечника может составлять 6-14,5%, более предпочтительно 8-14%, наиболее предпочтительно 10-12%.

Авторами настоящего изобретения экспериментально установлено, что для достижения наилучших показателей влажности и качественного состава удобрения, массовое соотношение ОСВ:лузга подсолнечника предпочтительно должно составлять от 2:1 до 1:2, более предпочтительно от 1,5:1 до 1:1,5, наиболее предпочтительно 1:1.

Смешивание обезвоженных ОСВ с необязательно измельченной лузгой подсолнечника можно проводить в любых известных смесительных устройствах. В частности, в настоящем изобретении смешивание указанных компонентов осуществляли в емкости с рамной мешалкой Я1-ОСВ с частотой вращения 18±5 об/мин.

Согласно третьему аспекту предложено применение органического удобрения согласно настоящему изобретению для удобрения почвы, при котором доза удобрения составляет 5-50% к массе грунта. Предпочтительно, доза удобрения составляет 10-40% к массе грунта, наиболее предпочтительно 20-30% к массе грунта.

Предпочтительно, доза ОСВ в удобрении согласно настоящему изобретению составляет 5-40% к массе грунта, более предпочтительно, 5-20% к массе грунта.

Предпочтительно, доза лузги подсолнечника в удобрении согласно настоящему изобретению составляет 5-40% к массе грунта, более предпочтительно, 10-30% к массе грунта.

Примеры

Далее описаны примеры осуществления настоящего изобретения. Хотя настоящее изобретение было описано с использованием конкретных примеров и предпочтительных вариантов осуществления, данные примеры приведены только для иллюстрации и не ограничивают объем изобретения. Различные модификации и изменения могут быть произведены без выхода за пределы сущности и объема притязаний, определяемых формулой изобретения.

Методики определения исследуемых параметров

1. Определение влажности

Влажность определяли по ГОСТ 26713-85. Метод основан на определении потери массы пробы органического удобрения при высушивании до постоянной массы.

2. Определение содержания органического вещества

Содержание органического вещества в образце определяли по ГОСТ 27980-88 методом термогравиметрии. Из сухого остатка навески после определения массовой доли влаги отбирали 3 г. Расчет проводили по формуле (1):

(1),

где А - массовая доля золы, %;

0,5 - коэффициент для перевода в углерод.

3. Определение общего азота

Общий азот определяли по ГОСТ 26715-85. Навеску продукта (0,3-0,5 г), взятой с точностью до 0,0002 г, помещали в колбу Кьельдаля и проводили минерализацию в течение 50-60 мин, используя в качестве катализатора 30 % раствор пероксида водорода. После разведения аммиак отгоняют в аппарате Кьельдаля в раствор серной кислоты. Содержание белка (Х, %) вычисляли по формуле (2):

(2),

где 0,0014 - количество азота, эквивалентное 1 см³ 0,05 М раствора серной кислоты, г; V₁ - объем 0,05 М раствора серной кислоты, см³; К₁, К₂ - коэффициенты пересчета, соответственно, для 0,05 М раствора серной кислоты и 0,1 M раствора гидроксида натрия; V₂ - объем 0,1 М раствора гидроксида натрия, расходуемый на титрование, см³; 6,25 - коэффициент пересчета общего содержания азота в белок; m₀ - масса навески, г; V₃ - объем минерализованной воды, взятой для разбавления, см³.

4. Определение общего фосфора

Массовую долю водорастворимого фосфора определяли по ГОСТ 27753.5-88. Метод основан на определении фосфатов в водной вытяжке из грунтов в виде синего фосфорно-молибденового комплекса на фотоэлектроколориметре.

5. Определение общего калия

Массовую долю водорастворимого калия определяли по ГОСТ 27753.6-88. Методика основана на измерении интенсивности излучения атомов калия с помощью плазменного фотометра.

6. Определение тяжелых металлов

Концентрацию тяжелых металлов определяли по рекомендациям «Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М. ЦИНАО,1992», Мышьяк - по рекомендациям «Методические указания по определению мышьяка в почвах фотометрическим методом, М ЦИНАО, 1993». Определение тяжелых металлов в почве проводят методом атомной абсорбционной спектрометрии с пламенной и беспламенной атомизацией. Содержание металлов в исследуемых пробах почв рассчитывается по формуле (3):

(3),

где Х - массовая доля определяемого металла в воздушносухой пробе почвы, млн^-1 (мг/кг);

A_i - концентрация металла в исследуемой кислотной (буферной) вытяжке почвы, найденная по градуировочному графику, мг/дм³;

А₀ - концентрация металла в контрольной пробе, найденная по градуировочному графику, мг/дм³;

V - объем исследуемого раствора, см³;

m - масса воздушно-сухой пробы почвы, г.

Метод определения мышьяка основан на разложении пробы почвы смесью азотной и серной кислот, отделении мышьяка отгонкой в виде арсина и конечном определении мышьяка в виде мышьяковомолибденовой сини.

Массовую долю мышьяка в почве (X) в млн^-1 (мг/кг) вычисляют по формуле (4):

(4),

где К - коэффициент, учитывающий разбавление раствора (при анализе неразбавленных растворов К = 1, при разбавлении в 2 раза К = 2 и т.д.);

С - массовая доля мышьяка в анализируемой пробе, найденная по градуировочному графику, млн^-1;

C_j - среднее арифметическое значений массовой концентрации мышьяка в контрольном опыте в пересчете на массовую долю в пробе, найденное по градуировочному графику, млн^-1.

7. Определение санитарно-бактериологических показателей

Определение санитарно-бактериологических показателей проводили с посевом на среду КМАФАнМ. Среда КМАФАнМ - питательная среда для определения количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, которая предназначена для санитарно-бактериологических исследований пищевых продуктов, фармацевтических и косметических продуктов, воды, объектов окружающей и производственной среды с целью определения общей бактериальной обсемененности.

Осуществляли стократное разведение пробы. Засев после разведения - 1 см³ в чашку Петри, внесенный материал равномерно распределяли по поверхности среды стерильным шпателем (газонный метод). Посевы выращивали при температуре 37°С в течение 24 ч в термостате.

8. Определение морфометрических показателей растений

Морфометрические показатели исследуемых растений определяли с учетом рекомендаций ГОСТ 59370-21 «Зеленые» стандарты. Посадочный материал декоративных растений. В качестве исследуемых растений использовали горох сорта Альфа. Сорт Альфа вывел Всероссийский НИИ растениеводства, в работе участвовала Крымская опытно-селекционная станция. Указанный сорт представляет собой полукарликовую культуру высотой 50-55 см и является раннеспелым (время от всходов до сбора урожая составляет около 50 дней).

9. Определение всхожести семян и энергии прорастания

Влияние удобрений на всхожесть и энергию прорастания семян гороха сорта Альфа определяли по числу проросших семян в грунте с удобрением. Контролем служила почва без удобрений. Лабораторную всхожесть определяли на 5 день после посева, энергию прорастания - на 14 сутки. Выращивание проводили при температуре 23-25°С и регулярном поливе.

10. Статистическая обработка экспериментальных результатов

Обработку экспериментальных данных проводили с использованием программ: Microsoft Office Excel 2010. Статистическую обработку данных осуществляли с использованием распределения Стьюдента. Различия с уровнем значимости q=0,05 считались достоверными.

Пример 1. Получение удобрения сравнения (по RU 2712664)

Удобрение получают как описано в RU 2712664. В частности осуществляют обезвоживание осадков сточных вод и их смешивание с навозом в качестве органического компонента, при этом обезвоживание осадков осуществляют на фильтр-прессах с площадью поверхности фильтрования 2,5-50 м² путем их подачи под давлением не менее 0,6 МПа при расходе сжатого воздуха 0,2 м³/мин на 1 м² поверхности фильтрования. Давление сжатого воздуха составляет 0,6 МПа. Перед обезвоживанием осадки сточных вод кондиционируют органическими флокулянтами в дозе 4-9 мг/л с последующей обработкой полученного кека негашеной известью и одновременным обеззараживанием за счет повышения температуры до 80°С при реакции негашеной извести с водой. Расход промывной воды составляет 4 л/мин на 1м² поверхности; давление промывной воды - 0,3 МПа. Обезвоженные осадки сточных вод подсушивают до влажности 50%, после чего смешивают с навозом в объемном соотношении 0,5:0,5 при периодическом перемешивании полученной смеси.

Примеры 2-7. Получение удобрения по настоящему изобретению

Получено несколько образцов удобрения согласно настоящему изобретению следующим образом. Осуществляют обезвоживание осадков сточных вод до влажности 70-85% на фильтр-прессах с площадью поверхности фильтрования 2,5-50 м² путем их подачи под давлением не менее 0,6 МПа при расходе сжатого воздуха 0,2 м³/мин на 1 м² поверхности фильтрования. Затем измельчают лузгу подсолнечника c влажностью 6-14,5% до размера частиц 0,1-0,45 см. После этого смешивают обезвоженные осадки сточных вод с лузгой подсолнечника в массовом соотношении от 3:1 до 1:4 (см. Таблицу 1).

Таблица 1. Параметры сырья для получения удобрений согласно изобретению

Пример № Соотношение (масс.) ОСВ:Лузга Влажность ОСВ, % Влажность лузги, % Размер частиц лузги, см 2 1:1 85 12 0,3 3 1:2 75 8 0,1 4 1:3 80 10 0,3 5 1:4 85 12 0,1 6 2:1 70 6 0,35 7 3:1 70 14,5 0,45

В отличие от способа по RU 2712664, в способе согласно настоящему изобретению не требуется применения органического флокулянта, обработка кека негашеной известью и нагрев до температуры 80°С.

Выбор в качестве органического компонента лузги подсолнечника вместо навоза приводит к получению улучшенного удобрения с точки зрения влажности и содержания питательных элементов. В частности, в Таблице 2 приведены сравнительные физико-химические и санитарно-бактериологические показатели удобрения согласно Примеру 2 настоящего изобретения (ОСВ+лузга) и удобрения сравнения согласно Примеру 1 (ОСВ+навоз). Из представленных экспериментальных данных видно, что удобрение согласно настоящему изобретению имеет улучшенные свойства по сравнению с известным удобрением, в частности, имеет более низкую влажность и более высокое содержание органического вещества и минеральных компонентов. Кроме того, удобрение согласно настоящему изобретению соответствуют требованиям ГОСТ Р 59748-2021 в отношении влажности, количества питательных элементов и санитарно-бактериологических показателей.

Таблица 2. Физико-химические и санитарно-бактериологические показатели удобрения сравнения (Пример 1) из ОСВ и навоза; удобрения согласно настоящему изобретению (Пример 2) из ОСВ и лузги подсолнечника; требования ГОСТ Р 59748-2021 для удобрения растений и ГОСТ P 59748-2021 для рекультивации земель

Показатель Значение Удобрение сравнения (Пример 1) Удобрение по настоящему изобретению (Пример 2) ГОСТ Р 59748-2021 (для удобрения растений) ГОСТ Р 59748-2021 (для рекультивации земель) Физико-химические показатели Влажность, % 50 45-50 не более 70 - Органическое вещество, % 75 90,6 не менее 30 не менее 20 Азот общий, % 0,4 1,09 не менее 0,6 Фосфор общий, % 0,25 0,4-0,7 не менее 0,7 1,0-1,5 Калий общий, % 0,14 0,5-0,6 не менее 0,1 - Свинец, мг/кг Нет данных 2,1 не более 130/250 не более 250/500 Кадмий, мг/кг Нет данных 0,07 не более 2/15 не более 15/30 Ртуть, мг/кг Нет данных 0,025 не более 2,1/7,5 не более 7,5/15 Мышьяк, мг/кг Нет данных Менее 0,5 не более 2/10 не более 10/20 Санитарно-бактериологические показатели Бактерии группы кишечной палочки (в т. ч., E. Coli), клеток/г осадка Нет данных 1000 1-9 100/1000 Энтерококки, клеток/ г осадка Нет данных менее 1 1-9 - Патогенные бактерии, в т.ч. сальмонеллы Нет данных не обнаружены Не допускается

Понятно, что качественный состав удобрения согласно настоящему изобретению и, следовательно, показатели роста и развития растений, зависят, главным образом, от соотношения ОСВ: лузга подсолнечника и дозы удобрения. С учетом данного обстоятельства авторы провели ряд экспериментов, направленных на поиск оптимального соотношения ОСВ: лузга подсолнечника и дозы удобрения, при которых наблюдаются наилучшие показатели роста и развития растений на примере гороха сорта Альфа. Результаты экспериментов приведены в Примерах 8-12.

Пример 8. Влияние дозы ОСВ на рост и развитие растений

Предварительно были проведены исследования по влиянию ОСВ на рост и развитие растений (Фигура 1). В контейнеры с торфом вносили различные дозы ОСВ, затем удобренный торф засевали семенами гороха и отслеживали его рост и развитие, в частности, длину, массу и диаметр стебля, и длину и массу корня.

Варьирование дозы ОСВ в почве от 5% до 40% показало, что увеличение дозы ОСВ снижает потенциальную активность роста семян гороха. Так, при 5% ОСВ накопление массы стебля соответствовало контрольному образцу (без удобрения), длина стебля увеличилась на 12,5%, а масса корня - на 35%. При этом отмечено незначительное снижение относительно контрольного образца диаметра стебля и длины корня растения.

Такое соотношение морфометрических показателей можно объяснить активизацией почвенной микрофлоры. С увеличением дозы ОСВ растет количество питательных веществ в почве, которые необходимы почвенным микроорганизмам. Это приводит к усиленной ферментации сложных органических соединений и обеспечивает прорастающее растение легкодоступными элементами.

Увеличение дозы вносимого в почву ОСВ приводило к снижению основных характеристик растения. При этом, стебель растения при высоких концентрациях ОСВ был выше, чем у контрольного образца. Исключение составила доза 40% ОСВ, где длина стебля была на 0,7% ниже длины стебля контрольного образца. Авторы предполагают, что для полноценного формирования растения не хватало питательных элементов, несмотря на увеличение дозы ОСВ. Скорее всего, высокие концентрации ОСВ ингибировали ферментативную активность почвы, что не позволяло почвенным микроорганизмам в полной мере обеспечить растения питательными веществами.

Кроме того, ОСВ существенно изменял морфологию вегетативных органов растений. Габитус растений характеризовался низким развитием листового аппарата по всему стеблю.

Таким образом, установлено, что под влиянием ОСВ наблюдается увеличение линейного роста стеблей растений при концентрации ОСВ 5-40% к массе грунта.

Пример 9. Влияние дозы лузги подсолнечника на рост и развитие растений

Дозу лузги подсолнечника варьировали в том же диапазоне, что и дозу ОСВ в Примере 8. Предварительно лузгу измельчали до размеров частиц 0,1-0,3 см и вносили в контейнеры с торфом, затем засевали семенами гороха и отслеживали рост и развитие растений (Фигура 2).

Экспериментальные данные, представленные на Фигуре 2, показывают, что внесение лузги, как и в предыдущем опыте с ОСВ, в большей степени оказывает влияние на формирование стебля растения. При всех исследованных дозах лузги длина стебля превышала длину стебля контрольного образца. Наилучшее значение получено при дозе лузги 20%. Превышение длины стебля растения относительно контрольного образца составило 52,8%.

Высокий прирост длины стебля отмечен также при дозах лузги 10% и 30%. При этом масса стебля была ниже массы стебля контрольного образца.

Следует отметить, что изменение морфометрических показателей гороха было более контрастным, чем в аналогичных опытах с варьированием дозы ОСВ. Проведенные исследования показали, что внесение в почву лузги подсолнечника способствует активному формированию стебля растений.

Пример 10. Влияние соотношения ОСВ: лузга подсолнечника в удобрении согласно изобретению на рост и развитие растений

В предварительных экспериментах (Примеры 8-9) установлено, что как ОСВ, так и лузга подсолнечника оказывают положительное влияние на формирование стебля растения. Необходимо установить оптимальное соотношение между этими компонентами.

Удобрение согласно настоящему изобретению, полученное в Примере 2, вносили в контейнеры с торфом в дозе 20% к массе торфа, засевали семенами гороха и отслеживали их рост и развитие. Результаты эксперимента представлены в Таблице 3.

Таблица 3. Влияние соотношения ОСВ: лузга подсолнечника в удобрении согласно изобретению (Пример 2) на морфометрические показатели гороха сорта Альфа через 14 дней после посадки

Показатели Торф (контроль) ОСВ: лузга 1:1 1:2 1:3 1:4 2:1 3:1 4:1 Масса стебля, г 1,13 1,24 1,11 1,04 1,02 1,02 0,98 0,94 Масса корня, г 0,92 1,20 0,64 0,53 0,41 0,89 0,64 0,54 Длина стебля, см 14,4 21,6 17,3 19,0 20,2 16,9 15,8 13,0 Длина корня, см 22 19,8 18,3 15,4 12,3 19,4 16,5 14,7

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что длина стебля повышается относительно длины стебля контрольного образца при массовом соотношении ОСВ: лузга от 3:1 до 1:4.

Стоит отметить, что преобладание в удобрении ОСВ оказывало преимущество на формирование корневой системы, а увеличение в удобрении лузги в большей степени влияло на развитие стебля растения.

При этом, наиболее оптимальным является соотношение 1:1 (ОСВ: лузга). Указанное соотношение ОСВ: лузга приводит к увеличению массы стебля относительно контрольного опыта на 9,7% и увеличению массы корня на 30,4%. Поэтому дальнейшие эксперименты проводили с удобрением, содержащим ОСВ и лузгу в массовом соотношении 1:1 (ОСВ: лузга).

Пример 11. Влияние дозы удобрения согласно изобретению на рост и развитие растений

Как недостаток, так и избыток внесенных с удобрением питательных элементов негативно сказывается на растении. Поэтому очень важно подобрать оптимальную дозу внесения удобрения в почву.

Экспериментальные результаты исследования по определению оптимальной дозы удобрения для внесения в почву представлены в Таблице 4 и на Фигурах 3-4. Дозы внесения удобрения варьировали в интервале 2,5 - 50% к массе грунта. В качестве грунта использовали торф верховой нейтральный. После заполнения контейнеров грунтом и удобрением высаживали в них горох сорта Альфа и через 14 дней снимали морфометрические показатели.

Таблица 4. Зависимость длины стебля и длины корня гороха сорта Альфа через 14 дней после посадки от дозы удобрения

Доза удобрения от массы грунта, % Длина стебля, см Длина стебля, % Длина корня, см Длина корня, % Контроль 14,4 100 22,0 100 2,5 14,0 97 7,7 35 5 16,1 112 12,9 59 10 21,0 146 27,0 123 20 25,5 177 34,0 155 30 25,5 177 33,0 150 40 25,3 176 24,0 109 50 19,0 132 19,0 86

Результаты эксперимента, представленные на Фигурах 3-4 и в Таблице 4, свидетельствуют о положительном влиянии удобрения в дозе от 5% до 50% на длину стебля растения. Максимальные значения отмечены для доз 20% и 30%. При таких концентрациях вносимого удобрения длина стебля растения превышала длину стебля контрольного образца на 77%.

Между длиной, массой и диаметром стебля отмечена корреляционная зависимость. При этом, накапливаемая биомасса стебля и его диаметр были ниже соответствующих значений для контрольного образца. Учитывая, что диаметр стебля служит показателем количества ресурсов, поступающих на единицу поперечного сечения к развивающимся листьям и потока фотосинтезирующих веществ от зрелых листьев к остальной части тела растения, можно сделать вывод, что дозы удобрения 20% и 30% в большей степени способствовали обеспечению растения питательными веществами.

Увеличение длины корня и накопление его биомассы активно происходит в опытных образцах с дозами удобрения от 20% до 50%. Максимальные результаты были получены в опытах с дозами удобрения 20% и 30%. Увеличение биомассы корневой системы составило 18,5% и 15,2% по сравнению с контрольным образцом соответственно, увеличение длины корня составило 54,6% и 50% соответственно (Фигура 3).

Следует отметить, что изменение морфометрических показателей гороха находится в прямой зависимости от увеличения дозы вносимого удобрения. Так при дозе внесения удобрения 2,5% все основные морфометрические показатели растения, кроме длины стебля, были ниже соответствующих показателей для контрольного образца. Увеличение дозы удобрения выше 50% к массе грунта снижало органообразовательные процессы у гороха. Особенно негативно это сказалось на корнеобразовании (Фигура 3).

Пример 12. Влияние дозы удобрения согласно изобретению на лабораторную всхожесть и энергию прорастания семян гороха сорта Альфа

Одним из важнейших факторов, формирующих высокую продуктивность и устойчивость сортов, является качество семян, которое определяется, начиная с их формирования на материнском растении и заканчивая посевом. Известно, что урожайность сильно зависит от скорости начального развития и состояния семян. Энергичное развитие проростка обеспечивает более быстрый переход на корневое питание, уход от неблагоприятных условий среды прорастания и возможных болезней. Медленный начальный рост в числе прочего обусловливает низкую продуктивность растения в дальнейшем.

Энергия прорастания семян показывает уровень биологических процессов в прорастающих семенах, и данный фактор может иметь длительные последствия и отрицательно сказаться на развитии растения.

Всхожесть семян является более стабильным показателем. Семена гороха даже в критических условиях в течение 8 дней способны сформировать росток и корешок в пределах, чтобы их можно было считать всхожими.

В связи с этим были проведены исследования по определению энергии прорастания и всхожести семян гороха в почвах с различными дозами удобрения согласно изобретению (Таблица 5).

Значительных изменений в увеличении всхожести опытных образцов по сравнению с контролем не наблюдалось. При этом, начиная с дозы удобрения 20%, отмечено увеличение всхожести в 2 раза относительно контроля. При внесении удобрения в дозе 50% к массе грунта всхожесть семян возросла в 4 раза.

Таблица 5. Влияние дозы удобрения согласно изобретению с массовым соотношением ОСВ: лузга подсолнечника 1:1 (Пример 2) на всхожесть и энергию прорастания семян гороха сорта Альфа

Доза удобрения, % Всхожесть, % Энергия прорастания, % Контроль 16,6 50 2,5 16,6 16,6 5 16,6 33 10 16,6 50 20 33,3 50 30 33,3 66,6 40 33,3 66,6 50 66,6 66,6

Энергия прорастания также увеличивалась с повышением дозы удобрения. Полученные результаты свидетельствуют о том, что удобрение согласно изобретению способствует активизации всех процессов, протекающих в растении, начиная с его прорастания до дальнейшего формирования.

Подводя итог, экспериментально установлено, что удобрение согласно настоящему изобретению, содержащее ОСВ и лузгу подсолнечника в массовом соотношении от 3:1 до 1:4, обладает следующими преимуществами:

• удовлетворяет всем требованиям ГОСТ P 59748-2021 (влажность, содержание питательных веществ и тяжелых металлов, санитарно-бактериологические показатели);

• имеет улучшенный качественный состав (влажность, содержание питательных веществ) по сравнению с удобрением сравнения, содержащим ОСВ и навоз (RU 2712664);

• приводит к улучшению морфометрических показателей растений.

Кроме того, способ получения удобрения из ОСВ согласно настоящему изобретению является более энергоэффективным и менее трудоемким по сравнению с известным способом, в котором вместо лузги выбран навоз (RU 2712664). Помимо прочего, способ получения удобрения согласно настоящему изобретению позволяет утилизировать ОСВ и лузгу подсолнечника и, как следствие, снижает негативное воздействие указанных отходов на окружающую среду.

Изобретение относится к области производства удобрений, в частности к удобрениям из отходов органического происхождения. Органическое удобрение содержит обезвоженные осадки сточных вод и органический компонент. Органический компонент представляет собой лузгу подсолнечника. Массовое соотношение обезвоженных осадков сточных вод и органического компонента составляет от 3:1 до 1:4. Изобретение касается также способа получения указанного органического удобрения и его применения для удобрения почвы. Техническим результатом является обеспечение возможности получения удобрения с улучшенным качественным составом - влажность, содержание питательных веществ и санитарно-бактериологические показатели, которое оказывает благоприятное влияние на рост и развитие растений. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл.

1. Органическое удобрение, содержащее обезвоженные осадки сточных вод и органический компонент, отличающееся тем, что массовое соотношение обезвоженных осадков сточных вод и органического компонента составляет от 3:1 до 1:4 и органический компонент представляет собой лузгу подсолнечника.

2. Органическое удобрение по п. 1, отличающееся тем, что размер частиц лузги подсолнечника составляет 0,1-0,45 см, предпочтительно 0,1-0,35 см, более предпочтительно 0,1-0,3 см.

3. Органическое удобрение по п. 1, отличающееся тем, что массовое соотношение осадков сточных вод и лузги подсолнечника составляет от 2:1 до 1:2, более предпочтительно от 1,5:1 до 1:1,5, наиболее предпочтительно 1:1.

4. Способ получения органического удобрения, включающий обезвоживание осадков сточных вод и их смешивание с органическим компонентом, отличающийся тем, что обезвоживание осадков осуществляют на фильтр-прессах, смешивание обезвоженных осадков сточных вод с органическим компонентом осуществляют в массовом соотношении от 3:1 до 1:4 и органический компонент представляет собой лузгу подсолнечника.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что фильтр-прессы имеют площадь поверхности фильтрования 2,5-50 м² и осадки подают на фильтр-прессы под давлением не менее 0,6 МПа при расходе сжатого воздуха 0,1-0,5 м³/мин на 1 м² поверхности фильтрования, предпочтительно при расходе сжатого воздуха 0,1-0,4 м³/мин на 1 м² поверхности фильтрования, более предпочтительно при расходе сжатого воздуха 0,2-0,3 м³/мин на 1 м² поверхности фильтрования.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что влажность осадков сточных вод после их обезвоживания на фильтр-прессах составляет 70-85%, предпочтительно 75-85%, более предпочтительно 80-85%.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что размер частиц лузги подсолнечника составляет 0,1-0,45 см, предпочтительно 0,1-0,35 см, более предпочтительно 0,1-0,3 см.

8. Способ по п. 4, отличающийся тем, что влажность лузги подсолнечника составляет 6-14,5%, предпочтительно 8-14%, более предпочтительно 10-12%.

9. Способ по п. 4, отличающийся тем, что смешивание обезвоженных осадков сточных вод с органическим компонентом осуществляют в массовом соотношении от 2:1 до 1:2, более предпочтительно от 1,5:1 до 1:1,5, наиболее предпочтительно 1:1.

10. Применение органического удобрения по любому из пп. 1-3 для удобрения почвы, при котором доза удобрения составляет 5-50% к массе грунта.

11. Применение по п. 10, отличающееся тем, что доза удобрения составляет 10-40% к массе грунта, более предпочтительно 20-30% к массе грунта.

12. Применение по п. 10, отличающееся тем, что доза осадков сточных вод в удобрении составляет 5-40% к массе грунта, предпочтительно 5-20% к массе грунта.

13. Применение по п. 10, отличающееся тем, что доза лузги подсолнечника в удобрении составляет 5-40% к массе грунта, предпочтительно 10-30% к массе грунта.