Результат интеллектуальной деятельности: Почвогрунт

Изобретение относится к области охраны окружающей природной среды, в частности к комплексной переработке водопроводных осадков- неизбежных отходов очистки природных вод путем создания вторичного ресурса в виде искусственного грунта с применением торфа и песка.

Водопроводный осадок образуется в процессе производства питьевой воды за счет осаждения солями алюминия минеральных и органических загрязнений, присутствующих в воде поверхностных источников. В городах под действием интенсивной антропогенной нагрузки не только исчезают, загрязняются и деградируют почвы, но и уничтожаются возможности естественного формирования и поддержания почвенного покрова. К городским почвам предъявляются специфические требования: они должны обладать повышенной буферностью, сопротивляемостью к неблагоприятным факторам. Когда плодородный слой загрязнен необратимо, необходимо полностью его заменить естественными или искусственными грунтами. Опыт рекультивации городских почв показал, что торфо-минеральные смеси без добавления других органических компонентов характеризуются быстрым пересыханием, потенциальной воспламеняемостью на газонах города, пылением и низким содержанием легкодоступных минеральных солей, так как торф содержит в основном трудноокисляемое органическое вещество.

Водопроводный осадок имеет агрохимические свойства, позволяющие относить его к сапропелям: достаточное содержание органического вещества, азота, фосфора, калия, благоприятный диапазон рН, однако характеризуется неблагоприятными агрофизическими свойствами (отсутствие почвенной структуры, неблагоприятный водно-воздушный режим для семян и корней, способность растрескиваться при высыхании). Поэтому возможность использовать в зеленом хозяйстве появляется только в смеси с другими грунтами. Водопроводный осадок, являясь источником доступного для растений питания, стимулирует микробиологическое разложение торфа, что увеличивает содержание питательных веществ в почвогрунте, поддерживая его на необходимом уровне несколько лет без добавления минеральных удобрений. Осадок содержит значительное количество солей и гидроксида алюминия, обладающих амфотерными свойствами, что позволяет почвогрунту проявлять высокую буферность по отношению к высоко кислотным или высоко щелочным поверхностным водам городской среды. Безвредность внесения осадков в почвогрунты объясняется отсутствием в них солей тяжелых металлов и органических токсикантов.

По содержанию токсичных элементов, пестицидов, радионуклидов, 3,4 бенз(а)пирена, нефтепродуктов водопроводный осадок соответствует требованиям ГН 2.1.7.020-094, ГН 2.1.7.2042-06, ГН 2.1.7.2041-06, а также удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.17.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почв».

Известна почвенная растительная смесь для выращивания газонов, содержащая супесчаную, или суглинистую почву, или чернозем, торф и песок (Приусадебное хозяйство, М., 1986, №2, с.75).

Однако эта почвенная растительная смесь предназначена для создания садово-парковых газонов на естественном грунте путем добавления в него торфа и песка в зависимости от состояния и свойств супесчаных и суглинистых почв. Кроме этого, при создании садово-парковых газонов применяют одновидовые посевы, что снижает требования к почвенной смеси.

Известна композиция для формирования брикетов для выращивания растений, преимущественно для сборного газона, содержащая торф, дерн, минеральные удобрения, и/или стимуляторы роста, и/или сапропель, причем в качестве торфа она содержит мелкодисперсный верховой торф со степенью разложения 10-15% со средним размером частиц 0,2-0,5 мм (RU №2148904, МПК А01G 9/10, опубл. 20.05.2000).

Недостатками этой композиции является высокая огнеопасность, кислотность и недостаточное содержание органических веществ, снижающее урожайность.

Известно торфяное гранулированное удобрение «Питон», содержащее торф, глицерин-вещество, препятствующее высыханию, минеральные компоненты – известковую муку, карбамид, фосфат, борную кислоту, сульфат меди, молибденовокислый аммоний, источники калия, магния, марганца и цинка, а также упрочняющие добавки – цемент и карбоксиметилцеллюлозу (RU №2102362, МПК С05F 11/02, опубл. 20.01.1998).

Недостатками такого изобретения являются сложность состава удобрения и усложненная технология его изготовления, требующая наличия оборудования для гранулирования смеси.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является торфяная питательная смесь – плодородный почвогрунт, содержащая торф, песок, мраморную крошку и гумусосодержащий компонент – чернозем (RU №2099927, МПК А01G 1/00, опубл. 27.12.1997).

Названный плодородный почвогрунт подвержен заметно выраженной водной и ветровой эрозии, особенно на косогорах. Кроме этого, производство такого почвогрунта предусматривает использование чернозема, что не всегда доступно и экономично в городских условиях.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в создании новой композиции почвогрунта на основе торфа, песка, водопроводного осадка и хлопковой пыли для выращивания растений и озеленения газонов, спортивных площадок, дорожных откосов, расширяющей ассортимент растительных питательных смесей и обладающей высокими противоэррозионными свойствами.Изобретение имеет целью также получение простого в изготовлении и экономичного плодородного грунта за счет использования доступного сырья, в том числе использования отходов переработки хлопка в виде хлопковой пыли и отходов от процесса очистки воды, что способствует также решению вопросов малоотходного производства и улучшению экологической ситуации.

Поставленные задачи и технический результат достигаются тем, что почвогрунт, содержащий торф, песок, дополнительно содержит смесь водопроводного осадка с пылью хлопка, имеющую зольность 9,0-9,3и рН= 6,7-6,9, при соотношении компонентов: водопроводный осадок, смешанный с пылью хлопка, (20-30%), песок (30-40%), торф (остальное до 100%).

Основными компонентами почвогрунта являются песок, мелкие частицы которого образуют основу, скелет почвенно-грунтовой смеси, торф, являющийся источником гумуса – органического вещества, образующегося при разложении растительных и животных остатков, водопроводный осадок- аналог природного сапропеля, содержащего до 40% плодородного гумуса, и пыль хлопка, обладающего свойствами влагопоглощения и играющего роль регулятора влажностного режима почвогрунта.

Ни песок, ни торф не могут создать прочную почвенную структуру. Эту функцию выполняет осадок, «склеивая» частицы песка и торфа. Являясь источником легкодоступного питания для растений, осадок стимулирует микробиологическое разложение торфа, что увеличивает содержание питательных веществ в почвогрунте, поддерживая его на необходимом уровне несколько лет без добавления минеральных удобрений. Кроме того, торфоминеральные смеси без добавления других органических компонентов быстро пересыхают, имеют высокую потенциальную воспламеняемость, а также низкое содержание легкодоступных минеральных солей. Торф содержит в основном трудноокисляемые органические вещества.

Структурные свойства предлагаемого почвогрунта определяются его механическим составом и размером составляющих частей. Такой почвогрунт хорошо впитывает и удерживает влагу, его структура сохраняет два вида пористости – капиллярную и некапиллярную. По капиллярным промежуткам между частицами почвы впитывается влага дождя, тающего снега и грунтовых вод, а некапиллярные пустоты занимает воздух. Такой почвогрунт, где есть место и воде, и воздуху, способен длительное время сохранять свою структуру.

Водопроводный осадок представляет собой сложную многокомпонентную гелеобразную пространственную структуру с сильно развитой поверхностью, объединяющую в единое целое большой комплекс различных по происхождению, качеству и свойствам веществ. Основными компонентами осадка являются продукты гидролиза химических реагентов в сочетании с минеральными веществами (глинистыми частицами, мелким песком, карбонатными породами, нерастворимыми или малорастворимыми солями металлов) и органическими веществами (илом, фито- и зоопланктоном, различными микроорганизмами и бактериями, продуктами жизнедеятельности водных организмов и растений, коллоидами гуминовых кислот и фульво-кислот). Дисперсионный состав осадка представлен грубодисперсными минеральными и органическими частицами размером от 10^-4 мм и более. Содержание сухого вещества в осадке составляло 0,3—0,4%, минеральных примесей в виде песка, глин (нерастворимый остаток) - 2 - 15%,потери при прокаливании достигали 70% и более.

Содержание в сухом осадке органического углерода колеблется в пределах от 5 до 20%,что повышает углеродное питание растений, при этом максимальные значения соответствуют периодам повышенного содержания в осадке гуминовых веществ, составляющих основную массу органических примесей. Количество оксида кремния SiO₂ в осадке составляло 5%—8,5% массы сухого вещества.

Химический состав водопроводного осадка определяют сезонные изменения поверхностного водоисточника и действующая доза коагулянта – сульфата алюминия. Водопроводный осадок является нетоксичной биологически инертной суспензией с низким содержанием малоподвижных форм азота и фосфора, содержит плодородный гумус, который был изъят из природного круговорота за счет вымывания из почвы атмосферными осадками. По сути это аналог природного сапропеля (донных отложений пресноводных водоемов). Исследованный осадок содержал: 14,12% песка, 2,3% алюминия, 10,40 % органического вещества, 1% железа, 1,38% азота и 0,02% фосфора. Содержание калия – около 0,1% (по К₂О). Остальное – вода.

Для получения почвогрунта использован песок карьерный, крупнозернистый речной.

Торф содержит большое количество органического вещества, значительная часть которого относится к соединениям гуминовых кислот, значительное количество азота, имеет высокие влаго- и газонаполнительные свойства. Он характеризуется также отсутствием болезнетворных начал и антисептическими свойствами. Для приготовления почвогрунта использовался торф 40%-60% влажности. Это был низинный луговой торф, образующийся в низинах в условиях избыточного увлажнения и недостатка кислорода. Стекающая с возвышенных мест вода несет с собой растворимые питательные вещества верхних почвенных слоев и обогащает образующийся в таких условиях торф.

Большим резервом органического сырья для приготовления почвогрунта и регулирования его влажностного режима в предлагаемом изобретении явилась хлопковая пыль – отход хлопкоперерабатывающих, ткацких и текстильных предприятий. Хлопковая пыль содержит все основные элементы питания, которые в процессе минерализации становятся доступными для растений, богата легкодоступными для микрофлоры органическими соединениями – целлюлозой, лигнином, пектином.Пыль хлопка обладает свойствами влагопоглощения, благодаря капиллярной структуре своих волокон способна накапливать и отдавать влагу в зависимости от внешней влажности, и тем самым выполняет функцию регулятора влажностного режима почвогрунта. Исследованная пыль содержала 93,8% целлюлозы, 3,4% пектина, 0,6% лигнина, 0,7% воскообразных веществ,1,3% воды, остальное – минеральные вещества. В пыли присутствуют волокна длиной 5-20 мм, толщиной 20-22мкм. Коэффициент теплопроводности хлопковой пыли составил 0,04 Вт/м °С.

Почвогрунт готовят следующим образом.

На бетонированную площадку из транспортных средств разгружают (перемещают) рядом друг с другом расчетные количества торфа, песка, водопроводного осадка и хлопковой пыли в соответствии с рецептурой. Первоначально производят смешивание водопроводного осадка с пылью хлопка. В процессе смешивания производят внесение в перемешиваемую массу осадка равномерно очагами расчетную дозу хлопковой пыли. Перемешивание осуществляют до получения однородной гомогенной массы. Перемешивание всей смеси исходных материалов (торф, песок, осадок, хлопок) осуществляется фронтальным погрузчиком с навесным ковшом путем многократного (не менее 20 раз) захвата и опрокидывания смеси. Перемешивание осуществляется до полного смешения исходных материалов, полнота смешения определяется визуально. Перемешивание и дробление почвогрунта, полученного после первичного перемешивания исходных материалов, осуществляется путем его пропускания через ковшовую дробилку ALLU DS 3-23, установленную на фронтальном погрузчике. Готовую смесь (почвогрунт) перемещают на площадку хранения или погружают фронтальным погрузчиком в самосвалы для отправки потребителю.

Для приготовления данного почвогрунта используют пыль хлопка с кондиционной влажностью от 1,3 до 3,5% и объемным весом 0,09 г/см³ .

Пример 1.

Для приготовления почвогрунта, предназначенного для выращивания многолетних трав и цветочных культур, использовали низинный луговой торф со степенью разложения 20-50%, влажностью 40-60%, измельченный до фракционного состава 2-5 мм. Может быть использован торф и другого фракционного состава, при этом следует учитывать, что мелкодисперсный состав увеличивает гидрофильные свойства торфа, его водопоглотительную и водоудерживающую способности. Крупнодисперсный торф, напротив, характеризуется плохой смачиваемостью.

Песок использовали карьерный с основной фракцией 1-2 мм.

Водопроводный осадок имел рН=6,4, влажность – 99,3 %. Влажность осадка снижали добавлением хлопковой пыли до 90 %.

Перемешивание компонентов осуществляют описанным выше способом при их соотношении: водопроводный осадок (19,5 %), смешанный с пылью хлопка (0,5%), песок (30%), торф - остальное до 100%.

Анализ опытов показал, что использование приведенного состава почвогрунта показывает хорошую всхожесть семян и повышает значительно приживаемость рассады.

Пример 2.

Для приготовления почвогрунта, предназначенного для создания травяных газоновых покрытий, в частности для спортивных площадок, использовали низинный луговой торф, речной песок, водопроводный осадок и пыль хлопка с характеристиками, приведенными в примере 1. Песок использовали крупнозернистый речной с основной фракцией 1,5-2 мм.

Перемешивание компонентов осуществляют в соотношении: водопроводный осадок (28,5 %), смешанный с пылью хлопка (1,5%), песок (30%), торф – остальное до 100 %.

Пример 3

Для приготовления почвогрунта, предназначенного для создания травяных газонов, использовали низинный луговой торф, речной песок, водопроводный осадок и пыль хлопка с характеристиками, приведенными в примере 1. Песок использовали крупнозернистый речной с основной фракцией 1,5-2 мм.

Перемешивание компонентов осуществляют в соотношении: водопроводный осадок (29 %), смешанный с пылью хлопка (1%), песок (40%), торф- остальное до 100%.

Пример 4,

Для приготовления почвогрунта, предназначенного для создания травяных газонов, использовали низинный луговой торф, речной песок, водопроводный осадок и пыль хлопка с характеристиками, приведенными в примере 1. Песок использовали крупнозернистый речной с основной фракцией 1,5-2 мм.

Перемешивание компонентов осуществляют в соотношении: водопроводный осадок (19,5 %), смешанный с пылью хлопка (0,5%), песок (40% ), торф- остальное до 100%.

Приведенные в примерах 2, 3, 4 составы, дают возможность быстрого и нетрудоемкого создания и воссоздания плодородного почвенного покрова для травяных газонов на неблагоприятных для роста растений грунтах. Например: на песчаных, глинистых и др. грунтах, а также на землях разрушенных воздействием неблагоприятных факторов, связанных с хозяйственной деятельностью человека.

Предлагаемый состав почвогрунта позволяет в течение длительного времени сохранять структуру почвы газона, в том числе на спортивных площадках, что обеспечивает снижение затрат на их содержание.

Для сокращения времени создания газона или огорода в состав смеси почвогрунта могут быть включены семена растений.

Предлагаемый плодородный почвогрунт расширяет ассортимент растительных питательных смесей, основан на использовании доступного сырья и отходов, не сложен в приготовлении, не требует сложного оборудования и аппаратуры, может использоваться на открытом и закрытом грунтах и в течение длительного времени, т.к. является долговременным источником органических питательных веществ и способен длительное время сохранять свою структуру и влажность.