способ получения структурированного торфо-сапропелевого концентрата

Формула изобретения

Способ получения структурированного торфо-сапропелевого концентрата, включающий кавитационное диспергирование гуматосодержащего вещества при использовании раствора щелочи едкого калия, отличающийся тем, что в движущийся поток воды подают торфяную крошку с размером частиц не более 5 мм, сапропель, едкий калий, белый шлам при соотношении в мас.% торфяная крошка 14-16, сапропель 1,2-1,5, едкий калий 0,5-0,6, белый шлам 0,1-0,15, вода - остальное, полученный раствор подвергают кавитационному диспергированию до температуры 90°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для получения концентрата на основе смеси торфа и сапропеля как готового продукта, применяемого для удобрения почв.

Использование гуминовых веществ - торфа и сапропеля для стимулирования почв известно. Как торф, так и сапропель известны как наполнители минерально-биоорганической добавки для роста и развития растений (RU, 2205816, опубл. 10.06.2003 г.) [2]. Добавка содержит ассоциацию микроорганизмов Syncephalastrum racemosum, Arthrobacter simplex, Erwinia species, макро- и микроэлементы минерального питания растений и от 60% наполнителя в пересчете на сухую биомассу. Причем в качестве наполнителя известной добавки, помимо торфа и сапропеля, используют растворимые минеральные соли, переспевший навоз, фосфоритовую или доломитовую муку. Добавка способствует достижению сбалансированного питания растений, эффективному усвоению растениями питательных веществ и соответственно повышению урожайности.

Известен продукт для улучшения свойств почвы (RU, 2407724, публ. 27.12.2010 г.) [1], содержащий измельченный сухой торф и свежий, только что вынутый из сапропелевой залежи сапропель, представляющий собой устойчивый коллоид в виде геля, частицы которого имеют размер менее 1 микрона. За счет малости размера частиц сапропель обладает большой адсорбционной способностью. Активная поверхность частиц 1 см³ сапропеля может составлять до 600 м², поэтому они сильно взаимодействуют с молекулами воды. Торф для получения продукта [1] измельчают до 250 мк, что в несколько десятков раз увеличивает его суммарную поверхность. Продукт получают в виде гранул, каждая из которых содержит 40-70 мас.% торфа и 30-60 мас.% сапропеля. Гранулы получают следующим образом. На движущийся на транспортере сухой измельченный торф из насадок дозированно подают по капле сапропель естественной влажности. Торфяная крошка окружает каплю сапропеля, впитывая влагу, образуя гранулу, ядро которой выполнено из сапропеля, а внешняя оболочка - из торфа. Для изготовления гранул с ядром из торфа на транспортер тонким слоем подают влажный сапропель, а из насадок дозированно-торфяную крошку. При попадании торфяной крошки в сапропель торф впитывает влагу сапропеля, а частицы глины и песка, имеющиеся в сапропеле естественной влажности, обволакивают торфяную крошку, образуя гранулу с ядром из торфа и внешней оболочкой из частиц песка и глины сапропеля. Однако, во-первых, измельченный до 250 мкм торф представляет собой взрывоопасную пыль, во-вторых, получение гранул заявленным способом вряд ли возможно осуществить на практике, т.к. вместо обволакивания сапропелем торфяной крошки будет происходить прилипание части торфа к каплям сапропеля.

Известна торфо-сапропелевая смесь для стимулирования образования почвы (RU, 2408562, опубл. 10.01.2011 г.) [3]. Смесь содержит 42% сапропеля, 31% торфа, а также 22% глауконита и 5% - диатомита в качестве добавок. В известной смеси сапропель обеспечивает формируемую почву органическими гуминовыми соединениями за счет устойчивого роста природных бактерий, торф же обеспечивает рыхлость формируемого грунта и вводит в почву природную органику в качестве питательной среды для растений. Глауконит служит природным калийным удобрением и влагоудерживающим веществом, диатомит является связывающим материалом, предотвращающим рассыпание почвы и вынос ее выветриванием. Однако для того, чтобы эта смесь начала работать, необходимо создать следующие условия: глауконит необходимо активировать, а торф - раскислить. При высыхании эту смесь очень трудно растворить, а внесение сухой смеси желаемого эффекта не даст.

Известен способ получения активированных органоминеральных удобрений из торфа, бурого угля и подобных растительных отложений, включая сапропель (RU 2350587, опубл. 27.03.2009 г.) [4]. Способ основан на кавитационном диспергировании гуматосодержащих веществ с последующим дополнительным введением микроэлементов и заключается в том, что предварительно приготавливают смесь раствора щелочи с рН не менее 12 с гуматосодержащим веществом, после чего производят кавитационное диспергирование воздействием ультразвуковым излучением из расчета удельной мощности 1-4 Вт на 1 см³ зоны обработки смеси в течение 5-15 мин. Затем добавляют в эту смесь фосфорную кислоту в количестве, обеспечивающем снижение рН до 2-1, обрабатывают этот раствор ультразвуковым излучением тех же параметров в течение того же диапазона времени. После этого полученный раствор смешивают со щелочью в количестве, обеспечивающем нейтрализацию раствора до рН 7-7,5, и вводят в полученное жидкое гуминовое удобрение питательные микроэлементы. Для более эффективного выделения гуминовых веществ из органического сырья используют едкий калий (КОН) и ортофосфорную кислоту (H ₃PO₄). Едкий калий, введенный в торф или сапропель с рН раствора не менее 12, обеспечивает калийную составляющую известного удобрения. Кавитационное диспергирование воздействием ультразвуковым излучением производится в два приема: сначала щелочного и гуматосодержащего вещества, а затем щелочного раствора гуматосодержащих вещества и фосфорной кислоты в режиме, обеспечивающем нагрев смеси до температуры не более 60-70°С.

Известный способ характеризуется сложностью, многостадийностью, энергоемкостью, кроме того, он неэкологичен. Использование раствора щелочи с рН не менее 12, введение фосфорной кислоты до снижения рН до 2-1, повторное введение раствора щелочи после первичной кавитационной обработки смеси гуматосодержащего вещества с щелочным раствором, для нейтрализации смеси до рН 7,0-7,5 относится к сложным технологическим процессам, а также требует коррозионностойкого оборудования и защиту персонала от вредного воздействия агрессивных веществ. Двойное кавитационное диспергирование: сначала щелочного и гуматосодержащего вещества, а затем - щелочного раствора гуматосодержащего вещества и фосфорной кислоты не только усложняет процесс получения удобрения, но и повышает его энергоемкость. Кроме того, в продукт, полученный после вторичного кавитационного диспергирования, вводят питательные микроэлементы.

Задачей заявляемого способа является упрощение способа получения высококачественного органоминерального комплексного удобрения, снижение энергоемкости процесса при повышении его экологичности.

Для решения поставленной задачи способ получения структурированного торфо-сапропелевого концентрата включает кавитационное диспергирование гуматосодержащего вещества при использовании раствора щелочи едкого калия, при этом в движущийся поток воды подают торфяную крошку с размером частиц не более 5 мм, сапропель, едкий калий, белый шлам при соотношении в мас.%: торфяная крошка (14-16), сапропель (1,2-1,5), едкий калий (0,5-0,6), белый шлам (0,1-0,15), вода - остальное, полученный раствор подвергают кавитационному диспергированию до температуры 90°С.

В заявленном способе гуматосодержащим веществом является торфяная крошка с размером частиц не более 5 мм в сочетании с небольшим количеством сапропеля. Торф при этом предпочтителен низинный, с высокой степенью разложения. Едкий калий в заявленном количестве вводится в водный раствор смеси торфа и сапропеля для обеспечения рН 7 раствора. Количество воды обусловлено должным истечением по трубопроводу торфо-сапропелевой пасты, необходимым для ее эффективного растворения и сокращения времени нагрева. Белый шлам, химический состав которого содержит оксиды алюминия, кремния, натрия, железа титана, магния, серы, марганца и в минимальном количестве других компонентов, известен, как кормовая добавка в рацион крупного рогатого скота. В заявленном способе этот компонент, проявляя адсорбционные и ионообменные свойства, выполняет функцию катализатора физико-химических процессов. Процесс идет в одном аппарате при одностадийном кавитационном воздействии. Температура процесса выбрана из условий максимального выхода растворенных гуматов без применения специального, работающего под давлением оборудования, которое потребовалось бы для работы при температуре свыше 90°С. В результате получают готовый структурированный концентрат, не требующий введения дополнительных питательных микроэлементов, который за счет действия гуминосодержащих веществ - торфа и сапропеля, а также микроэлементов белого шлама оказывает ростостимулирующее действие на растения, не стимулируя при этом развитие патогенной инфекции в период роста растений.

Для реализации заявленного способа используют:

- Торф с торфяного месторождения Замараевское II № 744 по справочнику и карте административной единицы г. В-Пышма Свердловской области;

- Сапропель (озеро Березовское), содержащий 85% органических веществ, 15% - минеральных веществ;

- Белый шлам Богословского алюминиевого завода (АО «БАЗ»), имеющий химический состав: Al ₂O₃ - 28-30%; SiO₂ - 22-25%; Na ₂O - 16-18%; Fe₂O₃ - 5÷6%; TiO ₂ - 0,7; MgO - 0,1÷0,2; S - 0,2-0,4%; MnO - 0,04%, а также никель, свинец, цинк, медь, кобальт, молибден, хром, кадмий - менее 0,04%;

- Едкий калий.

Способ осуществляли в кавитационном аппарате, представляющем собой пульсационный насос, рабочее колесо которого имеет внутреннюю полость, снабженную лопатками, и каналами, соединяющими полость с внешней боковой поверхностью колеса. На внешней боковой поверхности колеса имеется вихревой излучатель, в качестве которого на внешней боковой поверхности колеса выполнены тангенциальные, сужающиеся в направлении выхода жидкости, щелевидные каналы, которые относительно направления вращения ротора имеют передние и задние стенки, при этом на передних стенках со стороны выхода жидкости выполнена фаска.

Для приготовления 1 тонны концентрата использовали 820 л воды, 159 кг торфяной крошки с размером частиц 5 мм, 15 кг сапропеля, 5 кг. едкого калия, 1 кг белого шлама. Торфяную крошку готовили с использованием вибросита с ячейкой 5 мм. В бак-мешалку при комнатной температуре заливали воду и включали двигатель пульсационного насоса. В движущийся поток воды порциями подавали торфяную крошку. Через 10 минут после полной загрузки загружали сапропель. После 5 минут обработки смеси при скорости потока 12 м/с вводили едкий калий и далее, через 5-6 минут - белый шлам. Такая последовательность введения компонентов в воду предпочтительна, интервалы времени подбираются экспериментально. Смесь торфа, сапропеля и белого шлама подвергали кавитационной обработке до температуры 90°С. При вращении рабочего колеса обрабатываемая жидкотекучая среда поступает во внутреннюю полость колеса, где, взаимодействуя с рабочими лопатками, получает вращательное движение. Под действием центробежных сил поток среды получает значительное приращение радиальной скорости, зависящее от частоты вращения колеса и его диаметра. При движении по щелевидным каналам жидкотекучая среда получает дополнительное приращение скорости как за счет действия центробежных сил, так и за счет сужения поперечного сечения каналов. При выходе из каналов жидкотекучая среда за счет фаски направляет поток в сторону заданного вращением колеса движения.

Дальнейшая трансформация исходных компонентов происходила за счет кавитационного воздействия в водно-щелочной среде, при гидромодуле 1:4 1:4,5. Последующий процесс брожения, дегазации, катализа и остывания до комнатной температуры проходил в промежуточной емкости в течение суток. Полученный структурированный торфо-сапропелевый концентрат является удобрением, готовым к использованию. Продукт испытан на посевах пшеницы сотра Ирень на площади 33 га, на посевах пшеницы сорта Горноуральская на площади 126 га, на посевах ячменя Сонет на плащади 84 га, овса сорта Памяти Балавина на площади 56 га и рапса сорта Липецкий на площади 60 га. При экстремальных погодных условиях отмечено, что на всех посевах не отмечалось визуальной задержки роста культурных растений, то есть достигнуто антистрессовое действие препарата. Отмечено хорошее развитие листового аппарата растений при низком поражении грибными инфекциями. Не отмечено удлинение вегетационного периода возделываемых сортов. Отмечена наибольшая эффективность на ячмене и рапсе. При этом способ изготовления продукта экологичен, практически одностадиен, осуществляется в одном аппарате, что положительно сказывается на его энергоемкости.