Спосіб одержання органо-мінерального добрива

Спосіб одержання органо-мінерального добрива шляхом здрібнювання й усереднення рос 3 79973 внесення поживних елементів у ґрунт, навіть при дуже високих нормах його внесення від 30 до 150т/га. Найбільш близьким по своїй сутності і технічному результату, що досягається, до способу, що заявляється, є відомий спосіб одержання органомінерального добрива шляхом підготовки здрібнюванням відходів рослинництва, насамперед виноградарства і виноробства, обпилювань і стружок деревопереробних підприємств, змішання відходів з вологим кеком установок очищення стічних вод з одночасним уведенням мінеральної добавки, що регулює рН суміші, формування із сировинної маси буртів, компостування суміші в термовологостнім режимі, що забезпечує загибель патогенної мікрофлори і яєць гельмінтів, а також зниження вмісту в кінцевому продукті рухливих форм сполук важких елементів, з наступною передачею продукту компостування в якості органомінерального добрива для безпосереднього внесення в ґрунт. [Бобров О.Г., Виноградов В.А., и др.. «Экологические и экономические аспекты получения органических удобрений...», журнал «Магарач. Виноградарство и виноделие», №1,2004,Стр.34-36]. Даний відомий спосіб прийнятий нами як спосіб - прототип. Як мінеральну добавку в способі-прототипі запропоновано використовувати вапно в кількості 2% відносно маси, що компостується. Недоліком способу є обмежена швидкість компостування і втрата азоту у формі аміаку через високе значення рН у локальних об'ємах маси, яка компостується, що є наслідком нерівномірного розподілу вапна в суміші сировини. Крім того, одержуване по способу-прототипу органно-мінеральне добриво має невисокий вміст поживних елементів, що обумовлює високу норму його внесення в ґрунт. Особливо низький зміст у добриві таких компонентів як К2О та Р2О5, що по яснюється їхнім недостатнім надходженням з органічними відходами. Запропонований спосіб спрямований на удосконалення способу одержання органомінерального добрива шляхом здрібнювання й усереднення рослинних відходів, переважно деревних обпилювань, стружки і побічних продуктів виноградарства і виноробства, змішування отриманої маси з кеком очисних установок стічних вод і неорганічних добавок, що регулюють процеси ферментації і зв'язують рухливи х форм важких металів, компостування суміші всіх компонентів у буртах у термовологостнім режимі, що забезпечує загибель патогенної мікрофлори і яєць гельмінтів, з періодичним перелопачуванням маси, що компостується, передачі готового органо-мінерального добрива безпосередньо на поля або на установки агломерації. Відмінною рисою способу є використання як неорганічної добавки суміші мінеральних добрив, що містить фосфати і сульфати амонію, солі калію і карбамід, причому в якості суміші мінеральних добрив беруть урівноважене комплексне мінеральне добриво в кількості, що забезпечує підвищення вмісту в сухій речовині органо-мінерального добрива кожного поживного елемента на 1-6%. При внесенні в суміш, що готують до компостування, як неорганічну добавку комплексного мінерального добрива створюють умови, коли суттєво інтенсифікуються процеси компостування, тому що внесені поживні речовини утягуються у життєвий цикл мікрофлори, відповідальної за ферментацію складних органічних сполук рослинних залишків і кеку. Присутня у комплексному добриві суміш моно- і діаммонійфосфатів відіграє роль стабілізатора рН у масі, що компостується. Крім того, фосфа тна система в межах рН 6,0-7,8 здатна асимілювати той аміак, що утвориться в процесі розкладання рослинних залишків. [NH4H2PO4]д обавка+[NH3] прод укт ферментації білків=(NH4)2HPO4 Надходження в складі мінеральної добавки рухливих форм сульфатів забезпечує життєдіяльність ряду мікроорганізмів, у результаті діяльності яких у рідкій фазі компосту з'являються сульфіди і полісульфіди амонію і калію. Дифундуючи по капілярах у рослинні залишки розчинні сульфіди, а також і фосфати зв'язують рухли ві форми важких елементів у практично нерозчинні сполуки наприклад сульфіди свинцю, кадмію і т.п. Наприклад рухливі форми такого важкого елемента як свинець обумовлені наявністю в органічній масі іонів оцтової кислоти і хлоридів. У результаті обмінний реакції з розчинними сульфідами свинець переходить у PbS. Ця сполука не тільки погано розчиняється у воді, але і погано розчиняється в слабких органічних кислотах. РbСl2+(NH4)2S = PbS↓+2 NH 4Cl (2) У масі, що компостується, унаслідок впливу добавки мінеральних добрив, що інтенсифікує процес ферментації складних органічних сполук, швидко підвищується температура до 60-70 °С. За таких умов гине патогенна мікрофлора і яйця ге 4 (1) льмінтів. Установлено також, що наявність у рідкій фазі маси, що компостується, іонів калію сприяє проникненню їх через мембрани яєць гельмінтів і порушує сольове середовище плазми, що сприяє прискореній загибелі зародків гельмінтів у яйцях. Межі об'єкта, що заявляються, по величині введення мінеральної добавки у виді комплексного добрива аргументується таким чином. Використання урівноваженого комплексного мінерального добрива як мінеральну добавку спрощує внесення добавки в масу, що готують до компостування. Потрібно тільки один вузол дозування мінерального добрива, а не кілька вузлів дозування кожного простого мінерального добрива. При введенні як мінеральної добавки суміші мінеральних добрив у кількості, що забезпечує підвищення вмісту у сухій речовині органомінерального добрива кожного поживного елемента менш чім на 1% , спосіб стає економічно неефективний на стадії його реалізації, тому що при наявності додаткових витрат по ускладненню тех 5 79973 нології підготовки сировини до компостування, сам процес компостування і якість одержуваного добрива практично не відрізняються від характеристик способу-прототипу. При введенні як мінеральної добавки суміші мінеральних добрив у кількості, що забезпечує підвищення вмісту у сухій речовині органомінерального добрива кожного поживного елемента більш чім на 6%, починає падати економічність використання добрива у споживача. При раціональній дозі внесення органічної маси в ґрунт у межах 20-30т/га кількість основних поживних речовин внесених з органікою перевищує економічно оптимальну в даний час дозу 60-90кг/га. Крім того, у визначеній мері, уведення високих норм поживних компонентів у масу, яку готують до компостування, починає пригнічуючи діяти на мікрофлору в процесі компостування, що приводить до подовження необхідного часу завершення процесу компостування. Спосіб реалізується таким чином. Беруть рослинні відходи, переважно деревні обпилювання і стружку, виноградну лозу, гребені кистей винограду, листи і т.п. Відходи подрібнюють до часток розмір яких менш 50 мм і подають на стадію компостування. На даної стадії в змішувач, наприклад шнекового типу, у необхідних кількостях уводять віджатий кек з установки очищення стічних вод і мінеральну добавку у виді комплексного мінерального добрива. Усереднену суміш рослинних залишків, кеку установки очищення стічних вод і добавки комплексного мінерального добрива розміщають на площадку компостування, наприклад у бетоновану секцію, розміщену на відкритим повітрі. У секції масу, що компостують, формують у виді бурту висотою до 2-х метрів і шириною до 4х метрів. Раціональний об'єм бурту порядку 500м 3. У результаті життєдіяльності аеробних і анаеробних мікроорганізмів протікають процеси розкладання рослинних залишків з виділенням тепла і ряду газів. Температура усередині частині бурту самочинно через 14-20 днів зростає до 60-70 °С. У зазначених умовах і при наявності в рідкій фазі іонів калію гине патогенна мікрофлора не тільки в кеку установки очищення стічних вод, але і хвороботворні організми, що поступають з рослинними залишками виноградарства і виноробства. Зокрема гинуть хвороботворні бактерії виноградної лози. Через 20 днів маса бурту перелопачується, наприклад бульдозером. При перелопачуванні здійснюють зволоження маси до 65-70%. Для зволоження беруть технологічну воду або рідкі стоки, що гарантовано не містять патогенної мікрофлори і життєздатних яєць гельмінтів. Після перелопачування і зволоження маса додатково компостується 25-30 діб. Потім масу, що компостується, перелопачують ще один раз, зволожують, і продовжують компостування не менш 30 діб. Після закінчення компостування суміш сировини перетворюється у органо-мінеральне добриво, яке придатне для використання за призначенням. Готове добриво містить Р2О5, N, К2O в засвоюваній (рухомій) формі, в межах 1 - 6,5%, в перерахунку на суху речовину. Вологість добрива 50-60%. 6 При загальному вмісті свинцю 60-80мг/кг у сухій частці добрива тільки 1-5мг/кг свинцю знаходиться у рухливій формі. Готове органо-мінеральне добриво передається або безпосередньо споживачеві для внесення в ґрунт, або передається на установку гранулювання, де на основі розсипчастого органомінерального добрива готують гранули розміром до б мм або мікробрикети, розміри яких погоджені зі споживачем. Нижче приводяться приклади реалізації запропонованого способу. Приклади реалізації способу 1. Для ілюстрування прикладів реалізації способу беруть кек установки очищення стічних вод з наступними характеристиками. Вологість кеку 80%. У сухій масі кеку масова концентрація сполук кадмію в перерахуванні на Cd - 2-3мг/кг, у тому числі в рухли вій формі Cd - 2-2,5мг/кг. Сполук свинцю в сухій масі кеку в перерахуванні на РЬ 210мг/кг, у тому числі в р ухливій формі до 25мг/кг. 2. Вологість суміші рослинних остатків 20%.У повітряно-сухій масі суміші рослинних остатків масова концентрація сполук кадмію в перерахунку на Cd -2мг/кг, у тому числі в рухливій формі Cd 1мг/кг. Сполук свинцю в сухій масі кеку в перерахунку на Рb - 3мг/кг, у тому числі в р ухливій формі 2,5мг/кг. 3. У якості суміші мінеральних добрив беруть комплексне добриво по ТУ У 24.1-05766356-0452002 "Удобрение минеральное сложное „Суперагро" марки 15:15:15", що представляє собою гранули однорідної суміш в основному таких сполук як моноамонійфосфат [NH4H2PO 4], діамонійфосфат [(NH4)2HPO4], сульфат амонію [(NH4)2SO4], карбамід [(NH2)2CO], хлористий калій [КСl] і домішки FeSO4. Добриво містить у засвоюваній для рослин формі Р2O5 - 15%, К 2О- 15% і N- 15%. В мінеральному добриві концентрація сполук кадмію в перерахуванні на Cd - 7мг/кг, у тому числі в рухливій формі Cd - 2мг/кг. Сполук свинцю в добриві в перерахунку на Рb- 10мг/кг, у тому числі в рухливій формі 8мг/кг. 4. Мірою оцінки завершення процесу компостування в прикладах прийняте поняття «ступінь мінералізації компосту», відповідно до рекомендації наведеної у «Ме тодичных рекомендациях по приготовлению и использованию мусоро-иловых удобрений», изд. Минсельхоз УССР, Днепропетровск, 1979р. Приклад 1 У даному прикладі приводяться результати реалізації способу в умовах введення оптимальної величини добавки мінерального добрива, що забезпечує збільшення змісту у сухій масі готового органо-мінерального добрива Р2О5, К2О і N - на 3% кожного поживного елементу. Беруть 262,46 ваг. ч. суміші виноградної лози, гребенів кистей винограду і стр ужки листяних порід дерев. Компоненти пропускають через подрібнюючу установку, де залишки рослинного походження руйнуються до часток розміром менш 50мм. В суміші рослинних залишків частка повітряно-сухи х компонентів дорівнює 80%. 7 79973 Отриману масу залишків рослинного походження подають у бункер над змішувачем установки приготування суміші для компостування. З бункера здрібнені рослинні залишки подаються на змішувач, куди одночасно подається і 788,18 ваг.ч. кеку установки очищення стічних вод , склад якого приведений вище і 80 ваг.ч. комплексного мінерального добрива, склад якого теж приведений вище. Маса добавки мінерального добрива забезпечує підвищення вмісту в сухій речовині органомінерального добрива на 3% кожного із таких поживних елементів як Р2O5, N, K2 O. Досить пухка маса, що виходить зі змішувача і яка призначена для компостування, має вільну вологість 60%. Маса передається на забетоновану площадку для компостування, площадка розміщена на відкритому повітрі. Процес одержання органо-мінерального добрива складається з ряду операцій, що чергуються. Спочатку проводять витримування маси в статичних умовах , а потім проводять її розпушення зі зволоженням. Перший період витримування маси тривалість якого 20 діб характеризується початком і бурхливим розвитком процесу компостування. За рахунок життєдіяльності аеробних і анаеробних організмів в присутності компонентів мінеральних добрив і наявності вологи інтенсивно проходить мінералізація складних органічних сполук. Процеси мінералізації протікають з виділенням тепла, тому усередині бурту температура піднімається до 6070°С. До кінця даного періоду ступінь мінералізації досягає в середньому 48%. Однак у верхніх шарах бурту, де спостерігається часткова пересихання маси, що компостується, ступінь мінералізації нижче середньої. Для поліпшення умов компостування бурт перелопачують і одночасно зволожують води до вологості 65%. Зволоження ведеться технічною водою. Після перелопачування здійснюють другий період компостування тривалістю 30 діб. До кінця даного періоду середній ступінь мінералізації зростає до 65%. До цього періоду завертаються процеси загибелі патогенних мікроорганізмів , а яйця гельмінтів цілком стають нежиттєздатними. До кінця даного періоду за рахунок прояву життєдіяльності ряду мікроорганізмів в масі з'являються сульфіди, що різко знижують рухливість ряду важ ких металів, особливо таких як кадмій і свинець. 8 Для повного завершення процесів компостування проводять друге перелопачування маси, що компостується, і її зволоження водою до 65%. Потім проводять третій період компостування тривалістю 30 діб. По завершенню даного періоду маса, яка компостується, має ступень мінералізації 70%, задовольняє вимогам щодо органо-мінерального добрива і може бути відвантажена або безпосередньо споживачеві для внесення в ґрунт або на установку гранулювання. По завершенню компостування одержують 1000 ваг.ч. органо-мінерального добрива з вологістю 60%. У процесі компостування поряд з вологою втрачається 47,29 ваг.ч. органічних речовин. Втрати в атмосферу йдуть переважно у виді Н 2О і СН4. Основні характеристики органо-мінерального добрива наступні: вологість добрива 60%, зольність сухої речовини - 40,3%. Вміст у сухій речовині органо-мінерального добрива рухливих форм поживних елементів наступній: Р2О5- 3,05%, К2 О - 3,22%, N - 3,38%. Масова частка в сухій речовині важких елементів у рухли вій формі наступна: Рb - менш 1мг/кг, Cd - менш 0,5мг/кг. У готовому добриві відсутні патогенні організми. Життєздатні яйця гельмінтів у добриві не виявлені. Нижче у таблиці приведені дані прикладів реалізації способу при зміні внесених у масу, що компостується, доз мінеральних добрив, у межах інтервалу значень, які запропоновані способом. Як видно з приведених прикладів, спосіб, що заявляється, дозволяє інтенсифікувати процеси компостування, а одержуване органо-мінеральне добриво має підвищену товарну цінність. Реалізація способу дозволяє одержати добриво, яке задовольняє сучасним санітарногігієнічним вимогам і знижує екологічний ризик при його використанні в сільському господарстві. В даний час спосіб пройшов лабораторну апробацію і планується закладка компостної маси для одержання дослідно-промислової партії добриві масою 200 т з використанням його в сільському господарстві в 2005 р. На органо-мінеральне добриво, одержуване по способу, що заявляється, підготовляються для узгодження і затвердження у встановленому порядку те хнічні умови. 9 79973 10 Таблиця 1 Приклади реалізації способу одержання органо-мінерального добрива Значення підвищення концентрації основних поживних речовин у № сухій масі, що заявляється, при введенні суміші мінеральних добрив Підвищення на 3% (P2О5 ,K2О Тa N); 1 Область оптимальних умов реалізації способу Підвищення на 6% (P2О5 ,K2О тa N); Максимальне під2 вищення вмісту живильних речовин Підвищення на 1% (P2О5 ,K2О тa N); 3 Мінімальне повішення вмісту живильних речовин Реалізація способу-прототипу при 4 внесенні 2% вапна щодо сухої речовини добрива Характеристики реалізації способу одержання органо-мінерального добрива Ступінь мінераліМасова частка компонентів у сухій речовині готового продукту зації компосту,% При закінченні періодів компостування Золь1-й 2-й 3-й ність, Р2O5 , К2O, N,% Рbзаг., Pbрух., Сdзаг., Cdух., Примітки % % мг/кг мг/кг мг/кг мг/кг пепепе% ріод ріод ріод 20 30 30 днів днів днів Оптимальне співвідношення Менш економічних і 48 65 70 40,3 3,05 3,22 3,38 62 2 2,3 технологічних 0,5 результатів реалізації способу Максимально припустиме подорожчання продукту. МініМенш мальна припус45 60 65 50,6 6,04 6,16 6,44 49 2 3 0,5 тима економічність застосування добрива у споживача Мінімально припустима економічність реалізації способу у виробМенш ника. Резуль40 55 60 33,7 1,06 1,26 1,44 70 4 1,7 0,5 тати способу стають порівнянні з результатами реалізації способу прототипу 40 50 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 60 34 0,06 0,26 0,44 76 Підписне 7 2 Менш 0,5 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601