Результат интеллектуальной деятельности: Способ переработки углеродсодержащего материала для получения гумусосодержащего продукта

Изобретение относится к переработке углеродсодержащего материала, в частности получения из него гумусосодержащего продукта, и может быть использовано в сельском хозяйстве, микробиологической, химической и угольной промышленности.

Известно органоминеральное удобрение, содержащее бурый уголь, торф, кальцийсодержащий компонент в виде внепечной пыли - отхода цементного производства, а также фосфоритную муку, поташ и карбамид в качестве минеральных удобрений при следующем соотношении компонентов, мас. %: бурый уголь 12-24, внепечная пыль 9-15, фосфоритная мука 20-30, поташ 4-6, карбамид 10-12, торф остальное. (RU 2151757, от 24.06.1999, опубл. 27.06.2000).

Однако, недостаточное количество микроорганизмов в органической части удобрения, и несбалансированное содержание органической и неорганической составных частей удобрения не приводит к быстрому восстановлению содержания гумуса и микроэлементов в почве, снижается ее плодородие.

Известен способ получения органического удобрения из бурого угля, где водоугольную суспензию высокозольных углей обрабатывают микроорганизмами при перемешивании, аэрации и нагревании до 25-32°С. В качестве микроорганизмов используют коринеформные бактерии ARTHROBACTER SSP. Перемешивание, аэрацию и нагревание до 25-32°С осуществляют в течение 48 ч с добавлением 0:5-1% фосфоритной муки от массы твердого материала. Способ позволяет получать удобрение с повышенным количеством микроэлементов из углей с зольностью 37-45%.

(RU 2184 717, от 03.02.2000, опубл. 10.07.2002).

Недостатком известного способа является малая степень дисперсности углеродсодержащего материала, а также необходимость нагревания в течение всего цикла биопереработки и длительность цикла до 48 часов.

Известен способ получения биостимулятора роста растений из гумусосодержащих веществ содержащих живые почвенные микроорганизмы, а именно из вермикомпоста (биогумуса), зоокомпоста, компостов, бурого угля, торфа и сапропеля. Способ включает предварительное замачивание гумусосодержащих веществ в воде и перемешивание с последующей щелочной экстракцией, отделением щелочного экстракта и его нейтрализацией. После предварительного замачивания гумусосодержащих веществ в воде и перемешивания осуществляют микробиологическую ферментацию с наращиванием биомассы почвенных микроорганизмов при температуре 20-35°С в течение 3-24 часов при непрерывной аэрации, а затем отстаивают, получая при этом обогащенную водную вытяжку. Полученную водную вытяжку отделяют от осадка гумусосодержащего вещества и добавляют к нейтрализованному щелочному экстракту, полученному из гумусосодержащего осадка. Щелочную экстракцию проводят 0,02-0,3 н. раствором щелочи при 60-100°С, а затем после отделения щелочного экстракта нейтрализуют его до значения рН, равного 8,0-9,5. После этого добавляют полученную обогащенную водную вытяжку, перемешивают, отстаивают, получая жидкий целевой продукт.(RU 2253641, от 25.12.2002, опубл. 10.06.2005).

Изобретение позволяет повысить качество целевого продукта за счет увеличения количества гуминовых веществ, увеличения доли их низкомолекулярных фракций, компостов, бурого угля, торфа и сапропеля, а также увеличения биомассы полезных почвенных микроорганизмов, Этот способ позволяет получить препарат жидкого биогумуса, содержащий водорастворимые вещества (питательные микро- и макроэлементы и некоторые физиологически активные вещества), а также сообщество полезных почвенных микроорганизмов, которое при внесении в почву размножается и способствует обогащению почвы необходимыми для роста и развития растений веществами.

Однако недостатком данного способа получения комплексного удобрения является то, что при данном способе в твердой фракции вермикомпоста в водную фазу переходит незначительное количество водорастворимых соединений, а большая часть гуминовых веществ, содержащихся в самом вермикомпосте, остается в водонерастворимом осадке и удаляется при отстаивании и фильтрации водной суспензии.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ переработки углеродсодержащего материала позволяющий получить мелкодисперсный, суспендированный продукт с высоким содержанием в нем гуминовых кислот и водорастворимых фракций, которые хорошо усваиваются растениями и активизируют биохимические процессы в почве. Окисление углеродосодержащего материала ведут смесью бактерий, полученных адаптацией ассоциации микроорганизмов окисляющих пшеничную солому, к перерабатываемому углеродсодержащему материалу. Процесс ведут в присутствии водного раствора, содержащего подвижный фосфор, при температуре 20-35°С, с перемешиванием смеси до получения стабильной неосаждающей суспензии, при соотношении твердого и жидкого компонентов 1:4 и аэрации. (SU 1816394, от 10.08.1989)

К недостаткам способа можно отнести расслаивание гумусосодержащей суспензии при ее хранении, более одних суток, использования недостаточно измельченного углеродсодержащего материала в связи с чем, что в целевом продукте остаются не переработанные углеродные частицы, что уменьшает выход гуминовых кислот, водорастворимых солей.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение качества целевого продукта за счет увеличения количества гуминовых веществ, увеличения доли низкомолекулярных их фракций, а также увеличения биомассы полезных почвенных микроорганизмов, что в свою очередь повышает агрохимическую эффективность его использования.

Достигается это тем, что в способе переработки углеродсодержащего материала для получения гумусосодержащего продукта, путем воздействия на него смесью бактерий, состоящей из штаммов Acinetobacter calcoaceticus ВКПМ В-4883, Pseudomonas denitrificans ВКПМ В-4884, Pseudomonas sp. "longa" ВКПМ В-4885, взятых в количестве (6-8)⋅10⁹, (3-4)⋅10⁹ и (2-3)⋅10⁹, клеток на 1 л раствора соответственно, в присутствии фосфоросодержащей добавки, в аэробных условиях и перемешивании, согласно изобретению, углеродсодержащий материал предварительно измельчают до 0,5 мм., в мельнице мокрого помола при совместном добавлении сапропеля в количестве 5-10 вес. % и измельчение ведут в течение 30 минут, полученную смесь направляют в смеситель, куда подают отход алюминиевой промышленности в виде пыли от очистки угольных электродов размером частиц до 0,5 мм в количестве 10-20 вес. %,. и фосфорсодержащую добавку в количестве 0,2-0,6 вес. %, смешение ведут в течение 5-10 минут, полученную суспензию направляют в ферментер, куда предварительно подают инокулят в виде смеси бактерий в количестве 200-233 л на 1 м³, суспензии, дополнительно перемешивают при подаче воздуха от 0,5-2,0 м³/мин. и температуре 15-20°С. в течение 28-30 часов.

Частные признаки направлены на достижение той же задачи изобретения: процесс перемешивания в ферментере ведут при соотношении твердого компонента к жидкой фазе 1:3., а в качестве фосфорсодержащей добавки используют (NH₄)₂SO₄+(NH₄)₂HPO₄+K₂SO₄

Приготовленную питательную среду инокулируют смесью бактерий, состоящую из штаммов Acinetobacter calcofaceticus ВКПМ В-4883, Pseudomonas denitrificans ВКПМ В-4884, и Pseudomonas sp."longa" ВКПМ В-4885, взятых в количестве (6-8)⋅10⁹ (3-4)⋅10⁹ и (2-3)⋅10⁹ клеток на литр раствора соответственно, которые получены путем длительной адаптации ассоциации микроорганизмов, окисляющих пшеничную солому, к другим углеродсодержащим материалам.

Штамм Acinetobacter calcoaceticus выращивают в течение 2 сут при 28°С на питательном агаре следующего состава: Агар 2% Пептон 0,5% Ацетат натрия 0,5% Дрожжевой гидролизат 0,5% Диcт. Н₂О остальное рН 7,0.

Штаммы Pseudomonas denitrificans, Pseudomonas sp. "longa" выращивают в течение 2 сут при 28°С на питательном агаре следующего состава: Глюкоза 1% Дрожжевой гидролизат 0,5% К₂НРO₄ 0,1% (NH₄)₂HPO₄ 0,1% MgSO₄ 0,05% СаCl₂ 0,01% FeSO₄ и NaCl следы: Агар 2% Дистиллированная Н₂О остальное: рН 7,0.

Пыль от очистки угольных электродов - отхода алюминиевой промышленности представляет собой мелкодисперсный продукт с величиной зерен углерода менее 0, 5 мм и содержанием углерода 93-95%., SiO2 - 4%, Al2O3 - 1%, Fe2O3 - 0,2%, Cao - 0,3%.

Добавление отхода алюминиевой промышленности в виде очистки угольных электродов служит дополнительным источником питания для смеси применяемых штаммов микроорганизмов углеродом, так как содержание углерода в них составляет 93-95% и кроме того позволяет утилизировать отходы алюминиевой промышленности.

Измельчение углеродсодержащих материалов (уголь, отходы, сапропели) до 0,5 мм необходимо для того чтобы ускорить процесс микробиологической активности и сократить время ее переработки на 3-4 часа, при этом, 0,5 мм является оптимальной питательной средой для взаимодействия со смесью бактерий, состоящей из штаммов. Процесс измельчения в мельнице мокрого помола позволяет снизить запыленность и риск пожароопасности при загрузке пылящих частиц.

Добавка сапропелей применяется с целью, исключения расслоения, как в процессе биопереработки так и после, в готовом целевом продукте в течение длительного времени, не менее 1 года., так как сапропели обладают клеящей способностью и мелко дисперсным состоянием минеральных частиц, содержание катиона калия в сапропелях и в аммофоске (NH₄)₂SO₄+(NH₄)₂HPO₄+K₂SO₄, способствует набуханию биоколлоидов, переводя их в устойчивое состояние золя, калий повышает степень дисперсности биоколлоидов и усиливает их гидратацию. Калий улучшает весь ход обменных процессов. Внесение сапропеля в углеродсодержащую суспензию, служит дополнительным источником азота, фосфора, макро- элементов - кальция, калия, магния, натрия, серы и микро- элементов - молибдена, меди, цинка, селена, марганца, а также гуминовых кислот, до 48%, от массы всего органического вещества в сапропелях - 68-72%.

Способ реализуется следующим образом:

Углеродсодержащий материал, в виде окисленного бурого угля, измельчается в мельнице мокрого помола до частиц не более 0,5 мм. в течение 30 минут. Остаток на сите 0,5 мм, не должен быть более 3%, частиц крупнее 0,5 мм. Смачивание производится отстоянной в течение не менее 2 часов, водопроводной водой. Затем измельченная смесь направляется в корректирующую емкость - смеситель, где корректируется содержание твердого в жидком 1:3, и добавляется отход алюминиевой промышленности в виде пыли - очистки угольных электродов с содержанием частиц до 0,5 мм. и корректирующую по фосфору и калию добавку (аммофоску), в количестве 0,2-0,6 г/л. для создания благоприятного режима питания бактерий в ферментере. Питательная смесь из смесителя подается в ферментер, количество воздуха в ферментере - составило 0,5-2,0 м в минуту, на 1 куб. м объема суспензии, и количество инокулята, в количестве 233 литра на 1 куб. м. гумусосодержащей суспензии, при температуре процесса 15-20°С и временем биопереработки в в течение 30 часов. Предварительная загрузка инокулята, в количестве 233 литров на 1 куб. м смеси необходима для того, чтобы в начале загрузки питательной среды исключить предотвращения оседания углеродсодержащих частиц, и «забивки» перемешивающего устройства в нижней части ферментера при внезапном отключении электроэнергии и в связи с тем, что инокулят обладает коллоидными свойствами, удерживающими не переработанные углеродсодержащие частицы. Инокулят для приготовления питательной среды, со всеми добавками состоит из смеси бактерий (при этом соотношение твердого и жидкого в нем составляет 1:3), состоящих из штаммов: Acinetobacter calcoaceticus ВКПМ-4883, Pseudomonas denitrificans ВКПМ-4884, Pseudomonas sp «longa» ВКПМ-4885, взятых в количестве (6-8)10 млрд, (3-4) 10 млрд., (2-3) млрд. клеток на 1 литр раствора. Питательная смесь с добавками и инокулятом, измельченная в мельнице и откорректированная по фосфору калию, микро и макроэлементами с добавлением воды обеспечивающую соотношение твердого компонента к жидкой фазе как 1:3, перемешивается в ферментере в течении 28-30 часов, подачей воздуха 0,5-2,0, м³ в минуту на 1 куб. смеси, при температуре 15-20°С при этом достигается максимум выхода растворимых соединений. После активного перемешивания образуется гомогенная темно коричневого до черного цветов гумусосодержащая суспензия с содержанием водорастворимых веществ.

Результаты примеров по заявляемому способу приведены в табл. 1-4

Способ переработки углеросодержащего материала прост в техническом исполнении, дешев, экологически чист, безотходен, обеспечивает микробиологическую трансформацию труднорастворимых органических и минеральных компонентов перерабатываемого материала в растворимые формы, которые усваиваются высшими растениями и активизируют биохимические процессы в почве.

Это дает возможность отказаться от дополнительного применения других, простых и сложных, минеральных удобрений, снизить нормы внесения удобрения на единицу удобряемой площади, сократить объем сельскохозяйственных работ и повысить плодородие почвы.

Способ переработки углеросодержащего материала прост в техническом исполнении, дешев, экологически чист, безотходен, обеспечивает микробиологическую трансформацию труднорастворимых органических и минеральных компонентов перерабатываемого материала в растворимые формы, которые усваиваются высшими растениями и активизируют биохимические процессы в почве.

Это дает возможность отказаться от дополнительного применения других, простых и сложных, минеральных удобрений, снизить нормы внесения удобрения на единицу удобряемой площади, сократить объем сельскохозяйственных работ и повысить плодородие почвы.