Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБРАБОТКИ ШЛАМ-ЛИГНИНА

Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству, в частности, к способам обработки шлам-лигнина.

Известны различные способы и технологии переработки, детоксикации и использования шлам-лигнина: сжигание; сжигание и захоронение; сжигание и смешивание с известью и цементом; вымораживание; использование его для выплавки алюминия; производства цемента; строительных материалов; переработки и получения известкового монолита; смешивание с полимером и получения грунтовой смеси, применяемой в дорожном строительстве; создание вермикультуры и вермикомпостов; использование в качестве органической добавки лесохозяйственной рекультивации нарушенных земель; получение органоминерального удобрения [4, 3, 2, 1, 5, 6, 7].

Основные недостатки указанных способов: устранение токсичности шлам-лигнина не является главной целью, высокая длительность технологического цикла утилизации и переработки отходов; высокая материало-энергетическая затратность, низкая социально-экономическая эффективность.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Способ обработки шлам-лигнина» (Патент РФ №2129533, C02F 11/14, 28.11.1996 [3]).

К недостаткам способа следует отнести применение химических реагентов для обработки шлам-лигнина, например, флокулянта и гидрофобизатора.

Задачей изобретения является создание способа биодетоксикации шлам-лигнина ассоциацией микроорганизмов и с возможностью его использования в качестве органоминерального удобрения.

Сущность изобретения заключается в следующем. После обезвоживания шлам-лигнина проводят биодетоксикацию с использованием препарата Гумат-Био представляющих ассоциация аэробных лигниноцеллюлозоразлагающих микроорганизмов. После чего его используют в качестве органоминерального удобрения. При этом на поверхность шлам-лигнина, хранящегося в картах-накопителях, вносит Гумат-Био в дозе 2 л раствора на 1 м³ массы. Затем с интервалом в 15 дней производит трехкратное перемешивание этой массы. Через 1,5 месяца затвердевающую массу выгружают на бетонированную площадку или в свободную карту и технологический процесс внесения препарата Гумат-Био повторяют еще раз. Процесс биодетоксикации компостирования шлам-лигнина проводит в летнее время года в течение 3 месяцев. Готовый к рекуперации компост используют в качестве органоминерального удобрения для повышения плодородия истощенных, деградированных и склоновых земель при возделывании сельскохозяйственных культур, кустарников и деревьев. При этом компост вносят путем разбрасывания его на поверхность почвы в дозе 60 т на га с последующей заделкой компоста в почву на глубину 15 см.

Технический результат обусловлен тем, что в процессе биодетоксикации шлам-лигнина с применением ассоциации аэробных лигниноцеллюлозоразлагающих микроорганизмов осуществляется обезвреживание загрязняющих веществ, содержащихся в шлам-лигнине, процесс гумификации органических веществ и минерализация макроэлементов, полученный компост используют в качестве органоминерального удобрения.

При этом компост вносят путем разбрасывания его на поверхность почвы, например, разбрасывателем удобрений РУМ-4, в дозе 60 т на га с последующей заделкой компоста в почву почвообрабатывающим агрегатом, например, трактором К-701 с лущильником ЛДГ-15, на глубину 15 см.

Предложенный способ подтвержден положительными результатами проведенных экспериментальных исследований, которые заключались в следующем.

Для проведения стационарных опытов из карты №3 Байкальского ЦБК (г. Байкальск Иркутской области) был отобран исходный образец шлам-лигнина с низким исходным содержанием органического вещества в количестве 2,5 т. Согласно требованиям ГОСТ Р 54651 - 2011 (сырье для органических удобрений) для определения химического состава был отобран средний образец. Шлам-лигнин представлял собой темно-серую грязеподобную массу с влажностью 79% с нейтральной реакцией среды. Содержание общего азота (в % на сухое вещество) составило 1,98, фосфора - 1,1, калия - 0,14, золы 38%, соотношение углерода к азоту составило 7,8 при норме 10 (протоколы исследований №480, №480/1, №481 от 30.10.2018).

Схема опыта по изучению экологической эффективности биодетоксикации шлам-лигнина была следующей:

Вариант №1 - шлам-лигнин, обезвоженный с влажностью 76%;

Вариант №2 - шлам-лигнин с влажностью 90% (вода была добавлена к опытному образцу);

Вариант №3 - шлам-лигнин с влажностью 76%).

В вариантах 1 и 2 шлам-лигнин закладывался в металлические двухсотлитровые бочки, объем образца составлял 0,125 м³, толщина слоя 50 см. В каждую бочку было внесено 0,5 л раствора препарата Гумат-Био.

В варианте 3 Гумат-Био (обезвоженный) с влажностью 76% размещен в деревянном коробе, толщина слоя 0,25 м, объем образца 0,75 м³, внесено 3 л Гумат-Био [7].

В вариантах опыта №1 и №3 применялся обезвоженный шлам-лигнин, в варианте 2 - доведенный до исходной влажности (как на месте хранения), повторность опыта четырехкратная.

В течение двух месяцев с периодичностью одного раза в неделю с целью повышения аэрации производили перемешивание шлам-лигнина в бочках и коробе.

Результаты проведенных исследований представлены в таблице 1.

По истечении двух месяцев в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54651- 2001 были проведены химические анализы (протоколы исследований №9, 9/1, 10, 11 от 17.01.2019 г.).

В первоначальном виде перед закладкой опытов шлам-лигнин представлял темно-серую грязеподобную массу с резким запахом сероводорода, метил-меркаптана, метила. По истечению двух месяцев в процессе компостирования шлам-лигнин в варианте №1 и №3 представлял почвоподобную оструктуренную массу темного цвета е землистым запахом с влажностью 60%. В варианте опыта №2, в котором шлам-лигнин увлажняли до влажности 90%, органолептические изменения проходили с меньшей интенсивностью и более продолжительное время.

Показатели содержания общего азота снизились на 0,2% от первоначального (контрольного) значения только в варианте №3. Показатели отношения углерода к азоту (C:N) повысились в вариантах опыта №1 и №3 (7,9 и 8,4), содержание фосфора и калия не изменились.

Отмечено снижение содержания хлоридов и фенолов, за счет разложения фенольных колец при длительном хранении компоста (2 месяца).

Оценка содержания в компосте основных токсических элементов, какими являются тяжелые металлы, показали, что при использовании технологии биодетоксикации снижалось их содержание.

По санитарным, гигиеническим и ветеринарным показателям качества, производимый на основе шлам-лигнина, компост отвечает требованиям Гост Р 54651 - 2011. Содержание 2ХЦГ и ДДТ изомеров было < 0,001, при нормативе 0,1 мг/кг.

Удельная эффективная активность радионуклидов составляла 22,6 Бк/кг при норме 300 Бк/кг.

Была проведена оценка агроэкологической эффективности компоста, полученного при применении технологии биодетоксикации шлам-лигнина. Схема мелкоделяночного опыта включала два варианта: вариант №1 - естественный фон, (серая лесная почва без удобрений), вариант №2 - фон + компост расчета 60 т/га, площадь опытных делянок 2 м², повторность 6-кратная, в опытах возделывались различные сельскохозяйственные культуры: эспарцет песчаный (Onobrychis arenaria), чина танжерская (Lathyrus tangitanus), свербига восточная (Bunias orientalis), гречиха (Fagopyrum esculentum), люпин узколистный (Lupinus angustifolius), расторопша пятнистая (Silybum marianum).

Результаты опытов представлены в таблице 2 и 3.

Почва опытного участка серая лесная, окультуренная, предшественник занятый пар, содержание гумуса - 5,6%, кислотность - 6,5, содержание нитратного азота - среднее, фосфора и калия - очень высокое и высокая обеспеченность микроэлементами - медью и цинком - средняя, марганцем - низкая, серой высокая. По эколого-токсикологической оценке, подвижные формы тяжелых металлов: свинца, кадмия, никеля, кобальта и цинка не превышали предельно-допустимых концентраций (ПДК), мышьяка - на уровне 1 ПДК.

Мониторинг показателей почвенного плодородия и эколого-токсикологическая оценка почвенного покрова проводилась дважды, весной во время закладки опытных делянок и в конце лета, после уборки опытных растений.

После внесения компоста в дозе 6 кг/м² было произведено боронование и посев опытных культур, посев проводился вручную, с междурядиями 30 см 30 мая 2019 года, всходы появились 18-21 июня, всходы свербиги 22-24 июня, уборку и учеты зеленой массы проводили 15 и 16 августа.

Шлам-лигнин, представляющий отходы целлюлозобумажной промышленности и отнесенный к категории загрязняющих окружающую природную среду веществ (третий и четвертый класс опасности) в результате биодетоксикации и компостирования, приобретает свойства органоминерального удобрения и может быть рекомендован в технологиях рекуперации в сельскохозяйственной и лесной отрасли народного хозяйства для повышения плодородия истощенных, деградированных, склоновых земель и урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур, выращивания древесно-кустарниковой растительности.

Органоминеральное удобрение, полученное в результате компостирования шлам-лигнина с помощью аэробных микроорганизмов Гумат-Био [7], положительно влияет на основные показатели плодородия почв и обеспечивает повышение урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур (от 21% до 46%), а также их качество. По химическому составу, питательной ценности полученная растительная продукция отнесена к биологически безопасной и может быть использована в питании и кормлении сельскохозяйственных животных. Рекомендуемая доза внесения компоста - 60 т/га.

Таким образом, предложен способ биодетоксикации шлам-лигнина ассоциацией аэробных лигниноцеллюлозоразлагающих микроорганизмов, полученный компост использовать в качестве органоминерального удобрения.

Источники информации, принятые во внимание:

1. А.С. Шатрова. Исследование физико-химических свойств осадков шлам-лигнина ОАО "Байкальский ЦБК" при вымораживании. / А.С. Шатрова, А.В. Богданов, О.Л. Качор // Вестник Иркутского Государственного Технического Университета. - 2015. - №8. - С. 99-107.

2. Богданов А.В. Экологически безопасная технология переработки накопленных коллоидных осадков шлам-лигнина ОАО «Байкальский ЦБК». / Богданов А.В., Шатрова А.С., О.В. Тюкалова, А.И. Шкрабо // Известия ВУЗов. Прикладная химия и биотехнология. - 2018. - Т 8. - №3. - С. 126-134.

3. Патент РФ №2129533, C02F 11/14, 28.11.1996. - прототип.

4. М.А. Пашкевич. Опенка потенциальной возможности использования лигнин-шламов для лесохозяйственной рекультивации нарушенных земель. / М.А. Пашкевич, Т.А. Петрова, Э. Рудзиш//Записки горного института. - 2019. - №235. - С. 106-112.

5. Тимофеева С.С. Современное состояние поверхностных, подземных и сточных вод в зоне воздействия шламонакопителей байкальского целлюлозно-бумажного комбината. / Тимофеева С.С., Чемерис Н.В., Шенькман Б.М // Современные наукоемкие технологии. - 2008. - №5 (приложение) - С. 13-19.

6. Патент RU №2086521 C1, C05F 11/00.

7. Бутырин М.В. Оценка экологической эффективности гуминового биопрепарата «Гумат-Био» в технологиях ферментации и компостирования органических отходов свиноводческих комплексов / М.В. Бутырин, В.В. Тюменцев, Ш.К. Хуснидинов, Р.В. Замащиков, Е.И. Иванова // научно-практический журнал «Вестник ИрГСХА», 2022. - №5 (112) - С. 16-24. - DOI 10.51215/1999-3765-2022-112-24-35.