Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения органического почвоулучшителя на основе вермикомпоста

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно растениеводства. Способ может использоваться для производства нетрадиционного удобрения - органического почвоулучшителя, а также для переработки отходов сельскохозяйственного производства.

В мировой практике значительно возрос интерес к внедрению в систему управления плодородием почвы нетрадиционных удобрений, в том числе и продуктов полученных при вермикультивировании [1].

Так известен способ получения геля из оксигуминовой кислоты по патенту, где уголь (400 г) измельчали и смешивали с водой (700 мл) в 2-литровом перемешиваемом реакторе. В реактор под давлением 8,0 МПа закачивали кислород и нагревали до 160°С. В процессе перемешивания суспензии (со скоростью 4 л/мин) через нее пропускали поток кислорода. После одночасового перемешивания подачу кислорода приостанавливали, реактор охлаждался до комнатной температуры, а давление снижалось до атмосферного. Суспензию получали из реактора и фильтровали с получением оксикоаля и фильтрата. Оксикоаль повторно растворяли в водном растворе гидроксида калия (10 г оксикоаля, 14 г гидроксида калия в 300 мл воды) в течение семи часов. Нерастворимый остаток (содержащий золу и непрореагировавший уголь) удаляли центрифугированием экстракционной смеси. Супернатант подкисляли серной кислотой, а нерастворимый гель оксигуминовой кислоты извлекали центрифугированием. Гель оксигуминовой кислоты дважды промывали дистиллированной водой для удаления избытка серной кислоты. Полученный продукт используют для улучшения структуры почвы в качестве почвенного кондиционера [2].

Недостатком данного способа является использование в качестве исходного сырья угля, т.к. при температурной обработке выше 160°С выделяются битумы и смолы, негативно воздействующие на растения. Так же недостатком способа являются большие энергетические затраты на температурную обработку суспензии. Большие временные затраты - 7 часов на повторное растворение оксикоаля. Необходимость удаления нерастворимого осадка центрифугированием и необходимость двойной промывки дистиллированной водой для удаления избытка серной кислоты. Трудоемкость способа и большой временной цикл производства делают его сложно применимым для промышленного производства.

Известен наиболее близкий к предложенному изобретению способ синтеза гуминовых силанольных производных (прототип), позволяющий получить гуминовые производные, используемые для восстановления структуры почв. Данный способ предполагает использование гумусоподобных продуктов, в т.ч. вермикомпоста. Гуминосодержащий продукт гомогенизируют, растворяют в растворе щелочи и к полученному раствору добавляют аминоорганосилан, реакцию ведут при комнатной температуре в течение 1 часа. Далее доводят рН раствора до 3-7 с помощью минеральной кислоты (HCl). Затем воду упаривают с помощью роторного испарителя. Продукт реакции помещают в сушильный шкаф при 30-150°С на 6-8 часов. Полученные гуминовые производные, снова гомогенизируют и смешивают с концентрированным раствором щелочи (от 1 до 50%) в объемном соотношении от 1:1 до 1:5. Полученный щелочной раствор гуминовых производных разбавляют дистиллированной водой до концентрации от 0,01 до 10% и (в случае необходимости) подкисляют до рН 5-7 [3].

Недостатком данного изобретения являются: необходимость использования дополнительных химических реагентов (АПТС, АГТС и соляной кислоты) и упаривания раствора; высокие затраты на электроэнергию; необходимость высушивания продукта при температуре до 150°С в сушильном шкафу, что ограничивает возможность промышленного применения способа; большие временные затраты до 10 часов; необходимость разделения жидких и твердых фаз продукта; необходимость повторной гомогенизации с использованием щелочных реагентов.

Анализ доступных нам источников информации не выявил применения вермикомпоста без отделения негидролизуемого остатка, в качестве органического почвоулучшителя. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности "новизна".

Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа получения органического почвоулучшителя на основе вермикомпоста, обладающего упрощением и ускорением технологии переработки отходов животноводства, растениеводства и грибоводства, производства гуминового удобрения с высокими качественными характеристиками.

Данное изобретение расширяет перечень органических почвоулучшателей, созданных на основе природоподобных технологий вермикомпостирования.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание гелеобразной массы органического почвоулучшителя с высоким содержанием органических веществ и растворимостью.

Достижение заявленного технического результата осуществляется путем использования в качестве субстрата навоза КРС и отработанные блоки после выращивания Вешенки обыкновенной (мелкая солома + древесная стружка + мицелий Pleurotus ostreatus), далее они подвергаются переработке в вермиреакторах при плотности дождевых червей (Eisenia fetida) не менее 20000 шт. на 1 м³. Вермикомпост смешивали с водой в пропорции 1/5 и проводили обработку полученной суспензии в аппарате «гидромельница» в течение 20 минут, после обработки полученную суспензию подвергали кавитационной обработке (20 мин.) в роторно-импульсном аппарате (РИД) с добавлением гидроксида калия (0,5%) и получением продукта. Который представляет собой гелеобразную жидкость без абразивных и твердых включений с размером частиц 10-200 мкм и содержанием органических веществ не менее 15%.

Способ получения почвоулучшителя включает смешивание вермикомпоста с водой, активное вермикомпостирование с последующей сепарацией массы вермикомпоста и обработку полученной суспензии в гидромельнице, отделение балластных и абразивных частиц кавитационной обработкой в аппарате РИД с последующей щелочной экстракцией гуминовых веществ гидроокисью калия. Способ получения препарата позволяет получить продукт с заданными характеристиками: растворимость в воде не менее 50% и содержанием органического вещества не менее 15%. Принципиальная схема способа получения почвоулучшителя представлена на фиг. 1.

Для повышения эффективности кавитационной обработки использовали предварительную гидромеханическую обработку в аппарате «гидромельница». Это положительно сказывается на увеличении растворимости получаемого продукта и качестве экстракции щелочным реагентом, за счет разделения твердых фаз исходного сырья и отделения балластных частиц. Для получения высоких показателей по содержанию водорастворимого органического вещества использовались различные режимы кавитационной обработки, данная обработка при совмещении с добавлением щелочного компонента оказывала положительное влияние на параметры растворимости получаемого продукта и содержание органических веществ, являясь катализатором экстракционного процесса.

Получение продукта осуществлялось путем подбора параметров экстракции, сочетание которых определяло последующий выбор оптимального режима экстракции: температура (она варьировала от 30°С до 40°С); время кавитационной обработки (от 10 до 20 минут);

гидромодуль (т.е. соотношение вермикомпоста и жидкости для экстракции препарата); концентрация гидроксида калия (использовались две концентрации 0,2% и 0,5% КОН. продолжительность обработки материала в гидромельнице (10-20 минут). Выбор гидроксида калия (а не едкого натра, обладающего лучшими экстракционными характеристиками) обоснован ценностью калия как элемента питания растений, токсичностью натрия для высших растений и потенциальными рисками развития засоления).

Для разработки оптимальной рецептуры препарата были использованы различные режимы, которые представлены в таблице 1.

Параметры экстракции определяют состав и качество получаемых препаратов. Заявленный способ наиболее эффективный для получения почвоулучшителя и обеспечивает выполнение заданных характеристик.

Способ заключается в использовании следующих режимов:

- температура 40°С;

- время кавитационной обработки 20 мин;

- гидромодуль 1/5;

- концентрация гидроксида калия 0,5% КОН;

- продолжительность обработки материала в гидромельнице 20 мин.

Изменение режимов обработки вермикомпоста влияет на конечные характеристики конечного продукта, что наглядно представлено в таблице 2.

Комбинация данных режимов при производстве почвоулучшителя обеспечивает упрощение и ускорение переработки отходов и получение препарата с наилучшими характеристиками (содержание органического вещества - 16,3%, содержание гуминовых кислот 12,4%, содержание фульвокислот 1,37%, содержание негидролизируемого остатка - 2,5%, растворимость более 60%), которые обеспечат максимальный положительный эффект в ходе его практического применения в практике сельского хозяйства.

Источники информации:

1. Городний Н.М., Мельник И.А., Повхан М.Ф. и др. Биоконверсия органических отходов в биодинамическом хозяйстве. - Киев: Урожай, 1990 - 256 с.

2. Патент US 5248327 А. Опубликован 18.05.1992.

3. Патент RU 252495613 С1. Опубликован 10.08.2014.

4. Игонин A.M. Дождевые черви: как повысить плодородие почв в десятки раз, используя дождевого червя «Старателя». - Ковров: Маштепс, 2002 - 192 с.