Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления органоминерального удобрения для рекультивации разрушенных земель

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в области экологии для рекультивации земель в зоне многолетней мерзлоты при освоении новых месторождений углеводородов, прокладки трубопроводов, строительства подземных хранилищ газа.

Одним из главных этапов в восстановлении экологического равновесия после завершения строительства объектов добычи, транспорта и хранения газа является рекультивация земель.

Биологический этап рекультивации земель нацелен на интенсивное восстановление плодородия разрушенных земель с помощью системы агротехнических и мелиоративных мероприятий.

В зоне многолетней мерзлоты даже дополнительное внесение удобрений не всегда позволяет восстановить растительный покров. Это приводит к развитию различных эрозионных процессов.

Быстрое (в течение одного вегетативного периода) восстановление растительно-дернового покрова является актуальной задачей.

Путь решения этой задачи - внесение эффективных органоминеральных удобрений и оптимальных составов смесей многолетних трав, адаптированных к природным условиям нарушенных территорий.

Известен способ изготовления органоминерального удобрения на основе остаточных продуктов переработки рыбных отходов, включающий загрузку смеси из органических отходов в реактор, нагревание, анаэробное сбраживание, при этом в качестве смеси из органических отходов используют подпрессовый рыбный бульон, который нагревают до температуры 80-90°С, сепарируют с подавлением и выделением остаточного рыбного жира, жидкую фракцию загружают в реактор, где производят анаэробное сбраживание при температуре 50-55°С при постоянном перемешивании в течение 2-3 недель, полученное жидкое удобрение сливают в охладительный реактор, в котором доступ кислорода частично ограничен или полностью отсутствует, понижают в течение 2-х суток температуру до 0-(10)°С, после чего удобрение расфасовывают (Патент РФ №2444502, кл. C05F 11/08, C05F 1/00, 2012).

Недостатком аналога является специфический состав пищевых отходов, используемых для изготовления удобрения, и их редкая встречаемость в условиях Крайнего Севера.

Наиболее близким аналогом к предложенному изобретению является способ изготовления органоминерального удобрения на основе пищевых отходов для реализации способа рекультивации разрушенных земель, заключающийся в размельчении и смешении твердой составляющей пищевых отходов с минеральной компонентой удобрения при последующей ферментации пищевых отходов с использованием микробиологических препаратов (Патент РФ №2365569, кл. C05F 11/02, C05F 9/04, C05F 11/08, 2009). Данный способ может применяться в зоне многолетней мерзлоты.

Недостатком указанного способа - аналога является недостаточный прирост массы трав на почвах в зоне многолетней мерзлоты при использовании известного удобрения.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является получение органоминерального удобрения, внесение которого обеспечивает максимальный прирост массы трав для всех почв при рекультивации разрушенных земель в зоне многолетней мерзлоты в течение одного вегетативного периода.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе изготовления органоминерального удобрения для рекультивации разрушенных земель, заключающемся в размельчении и смешении твердой составляющей пищевых отходов с минеральной компонентой удобрения при последующей ферментации пищевых отходов с использованием микробиологических препаратов, при изготовлении органоминерального удобрения контролируют рН, влажность и температуру субстрата, при этом в качестве минеральной компоненты удобрения используют карбонат кальция и средний суглинок с содержанием в нем физической глины не менее 30 мас. %, причем минеральная компонента составляет 5-8 мас. % от исходной массы пищевых отходов, а видовой состав штаммов микробиологических препаратов, применяемых для ферментации пищевых отходов, задают по максимальному охвату субстратов, входящих в состав пищевых отходов, и естественных обитателей рекультивируемых почв.

Органоминеральное удобрение может быть получено следующим образом.

Подбирают микробиологические препараты для органоминерального удобрения. Подбор штаммов биологических препаратов, применяемых при изготовлении органоминерального удобрения, осуществляют по максимальному охвату субстратов, которые входят в состав пищевых отходов, т.к. максимальная эффективность достигается индивидуальным подбором эффективных микроорганизмов с известными полезными свойствами. Видовой состав микробиологического препарата выбран исходя из того, что основные микроорганизмы - деструкторы, обеспечивающие переработку твердобытовых отходов (ТБО), являются естественными обитателями отходов и соответственно почв в зоне многолетней мерзлоты.

Примерный средний фракционный состав, средний морфологический состав и усредненный состав пищевых отходов, используемых для изготовления такого органоминерального удобрения, представлен в таблицах 1-3. В Таблице 1 представлен средний фракционный состав пищевых отходов, в Таблице 2 - средний морфологический состав пищевых отходов, а в Таблице 3 - усредненный состав пищевых отходов.

Выбранный микробиологический препарат содержит природные штаммы-деструкторы органических отходов, выделенные из почвенных образцов регионов, где планируется его непосредственное применение и максимально охватывающих субстраты, входящие в состав пищевых отходов.

Пример эффективного используемого состава микробиологического препарата приведен в Таблице 4.

Микробиологический препарат содержит живые клетки и споры непатогенных штаммов природных бактерий, относящихся к различным семействам и родам, которые обладают усиленной и ускоренной способностью к биодеградации отходов растительного и животного происхождения, деструкции мочевой кислоты и утилизации аммиака, лигнино- и целлюлозолитическими активностями, способностью к подавлению патогенных микроорганизмов за счет синтеза антибиотических и других биологически активных веществ, а также агрономически ценных бактерий (азотфиксирующих, фосфатразлагающих, продуцирующих ростовые вещества).

Массу пищевых отходов, планируемых для ферментации, принимают, например, 87,15 мас. % от планируемой массы субстрата.

Измельчают пищевые отходы. Добавляют минеральную компоненту, в качестве которой используют карбонат кальция и средний суглинок с содержанием в нем физической глины не менее 30 мас. %, например 20 мас. %. Минеральную компоненту органоминерального удобрения берут в количестве 5-8 мас. % от исходной массы пищевых отходов. Минеральная компонента способствует структуризации субстрата и процессу ферментации ТБО. Минеральную компоненту добавляют, например, в количестве 7,5% от массы субстрата.

Рассчитывают дозу микробиологического препарата - из расчета 35 г на 1 тонну субстрата. Разводят микробиологический препарат водой из расчета 28,5 л на 1 тонну субстрата.

Осуществляют выгрузку пищевых отходов и формирование штабеля, орошение субстрата расчетной дозой микробиологического препарата и укрытие полиэтиленовой пленкой. Субстрат выдерживали 14 суток. Перевод в аэробную стадию осуществляют снятием полиэтиленовой пленки и ворошением штабеля. Для возобновления деятельности аэробных бактерий, после перехода в аэробную стадию, проводят повторную обработку микробиологическим препаратом.

При изготовлении органоминерального удобрения контролируют рН, влажность и температуру. Перемешивание субстрата осуществляли каждые 14 суток.

При повышении температуры выше +50°С или при резком снижении рН ниже 5,5 субстрат дополнительно перемешивают. Если температура не поднимается выше +50°С, срок выдержки продлевают при измерении температуры каждые трое суток.

Режим изготовления органоминерального удобрения - периодический. Перемешивание может повысить газопроницаемость субстрата в 1,2-1,5 раза. Минимальный срок компостирования измельченных пищевых отходов составлял 10 недель.

Зрелый компост должен иметь рН в интервале, близком к нейтральным или подщелоченным значениям рН, и иметь бурый или буро-рыжеватый цвет, рыхлую структуру и обладать сыпучестью.

Состав минеральной компоненты ОМУ: СаСО₃ и суглинок с содержанием физической глины не менее 30 мас. %, что позволяет обеспечить начальные процессы почвообразования в органоминеральном удобрении, напрямую связанными с наличием минеральной компоненты. Введение в состав органоминерального удобрения субстрата СаСО₃ и суглинка в количестве 5% от исходной массы субстрата пищевых отходов способствует структуризации субстрата и процессу ферментации ТБО.

Сравнительный анализ предлагаемого органоминерального удобрения с базовым объектом (широко применяемый для решения аналогичных задач навоз) показал:

- При использовании навоза его следует вносить в почву ежегодно, тогда как продолжительность действия органоминерального удобрения при полученных характеристиках сохраняется в течение нескольких лет.

- При внесении в почву навоза действие его наступает не сразу, т.к. полезные питательные для растений вещества находятся в трудноусвояемой для них форме и высвобождаются постепенно по мере разложения навоза. В то время как на внесенные в почву органоминеральные удобрения растения реагируют с момента внесения.

- Если для достижения оптимального уровня содержания необходимых питательных элементов при внесении навоза в почву рекомендуют дополнительно добавлять минеральные удобрения (например, 1-10% фосфоритной муки), то агрохимический состав полученного органоминерального удобрения в этом не нуждается.

- Кроме этого, органоминеральное удобрение в отличие от навоза не содержит патогенной микрофлоры, всхожих семян сорняков. В органоминеральном удобрении содержится и сохраняется азот, необходимый для роста и развития растений (при компостировании навоза теряется до 50% азота). Органоминеральное удобрение - экологически чистое, а навоз крупного рогатого скота, при нерациональных нормах внесения удобрений, наносит вред почве, загрязняя ее и грунтовые воды.

Органоминеральное удобрение имеет двойное действие: минеральная составляющая органоминерального удобрения (карбонат кальция и средний суглинок с содержанием в нем физической глины не менее 30 мас. %) в количестве 5 мас. % от исходной массы пищевых отходов дает быстрый и видимый эффект, ускоряя рост растений за счет легкой усвояемости, а органическая составляющая за счет пролонгированного действия продлевает этот эффект до трех лет, что обеспечивает максимальный прирост массы трав для всех почв при рекультивации разрушенных земель в зоне многолетней мерзлоты в течение одного вегетативного периода.