Гранулят із органічних матеріалів і спосіб його одержання

Винахід стосується способу одержання органо-мінеральних добрив і може бути впроваджений у сільське господарство, плодівництво і садівництво, в т.ч. і декоративне господарство для вирощування рослин в умовах відкритого і закритого ґрунтів. Відомий спосіб і обладнання для одержання гранульованих продуктів з порошкоподібних матеріалів (РСТ (WO) N93/24215 В01J2/00, 1995. Бюл.7). Запропоновано спосіб грануляції порошкоподібних матеріалів на обладнанні для проведення процесів у флюідизованому шарі. В шар матеріалу, що підлягає грануляції, згори вниз вприскують гранулюючу рідину, що містить зв'язуюче, і з другого боку вдувають у шар флюідизуючий газ за допомогою двокомпонентних форсунок. Недоліком відомого винаходу є те, що при використанні даної технологічної схеми грануляції кінцевий продукт характеризується низькою міцністю, гранули - полідисперсні. На цьому обладнанні не можливо використовувати для грануляції сировину, вологість якої вище 30%. Найбільш близьким за технічною суттю до заявляємого грануляту і способу його одержання є технологічний процес виробництва гранульованих біологічно активних органо-мінеральних добрив (В.О.Єрмоленко. Біологічно активні добрива. Технологія виробництва. Київ - 2002. - с.351). Гранульоване органо-мінеральне добриво за прототипом містить пташиний послід, сапропель, біогумус і золу, взяті у наступному співвідношенні, % мас.: сапропель 10-80 біогумус 5-25 пташиний послід 10-60 зола лузги гречки 5-20. Технологічна схема виробництва біологічно активних органо-мінеральних добрив включає такі процеси: - подрібнення і класифікація органо-мінеральних компонентів; - змішування органо-мінеральних компонентів в змішувачі шнеково-стрічкового типу; - високотемпературна сушка суміші в сушильному конвективному апараті барабанного типу при температурі 200-250°С протягом 2-2,5 годин; - гранулювання органо-мінеральної суміші на прес-грануляторі; - підсушування і охолодження гранул в аеродинамічній сушарці; - фасування гранул в поліетиленові мішки. Недоліком відомого винаходу є те, що сушильний апарат барабанного типу не забезпечує рівномірної сушки органічного матеріалу навіть при 200-250°С, спостерігається спікання зовнішньої поверхні часток пташиного посліду за рахунок їхньої агломерації, що потребує зменшення температури на вході. Це, в свою чергу, призводить до падіння виробничої потужності технологічної лінії. Крім того, зниження температурного режиму сушки суміші не гарантує повної безпечності добрив через наявність патогенних для рослин мікроорганізмів. Присутність в технологічній схемі сушильного апарату барабанного типу потребує додаткового подрібнення компонентів суміші, що сприяє підвищенню собівартості добрив. При цьому, процес сушки суміші триває 2,0-2,5 години, що призводить до руйнації корисних речовин. Технологічна схема дозволяє здійснювати підсушування суміші починаючи з вологості не більше 45%, що обумовлюється технологічним регламентом виробництва гранул. Отримані у такий спосіб органо-мінеральні добрива характеризуються низькою міцністю гранул та не задовольняють вимогам пакування, гранулювання, транспортування, використання і зберігання. В основу винаходу поставлена задача створити гранулят з органічних матеріалів з високими фізико-хімічними властивостями, регульованим виходом біогенних елементів у розчин, високими сорбційними показниками щодо важких металів, здатністю регенерувати ґрунти після ґрунтовтоми, а також розробити спосіб його одержання, який не мав вищевказаних недоліків. Поставлена задача вирішується тим, що гранулят, який містить органічні і мінеральні компоненти, а також цільову домішку, згідно винаходу як органічний компонент містить пташиний послід, як мінеральний компонент дефекат і фосфогіпс та цільову домішку - анальцим, при такому співвідношенні компонентів, мас. %: пташиний послід 40-60 дефекат 20-30 фосфогіпс 17-25 анальцим 3-5. Спосіб одержання грануляту включає такі процеси: - змішування органо-мінеральних компонентів і цільових домішок в змішувачі; - сушку в сушарці, що діє за принципом одночасного взаємоінтенсифікуючого поєднання процесів сушки і подрібнення при температурі 400-600°С протягом 40-120 секунд; - гранулювання органо-мінеральної суміші; - підсушування грануляту в барабанній сушарці при температурному режимі 100-140°С та охолодження грануляту; - відсів пиловидної фракції і фасування грануляту в мішки. Впровадження даного способу одержання грануляту дозволяє отримати добрива із діаметром гранул 4-6мм, щільністю 1,8-2,2г/см3, міцністю 15-21кг/см. Розмір гранул, їх міцність і щільність дозволяють проводити механічне внесення органо-мінеральних добрив за допомогою традиційних сільськогосподарських агрегатів, що використовують при внесенні твердих гранульованих добрив. Присутність в технологічній схемі одержання грануляту універсальної сушарки дає можливість не лише одночасно поєднати процеси подрібнення і сушки, які взаємоінтенсифікують один одного, але й дозволяє суттєво зменшити термін сушки з 2,0-2,5 годин за умов використання барабанної сушарки до 40-120 секунд. Це передбачає значне зменшення витрат на виробництво органо-мінеральних добрив за рахунок економії енергетичних ресурсів. При цьому необхідно зауважити на однакову виробничу потужність як барабанної сушарки, так і універсальної сушарки, що складає 150кг за годину. Крім того, високий температурний режим сушки у барабанній сушарці призводить до деградації органічного матеріалу добрив за рахунок часткового озеленення. Пташиний послід у складі грануляту забезпечує удобрювальну дію добрив за рахунок досить високого вмісту біогенних елементів, стимулює розвиток ґрунтових сапрофітних мікроорганізмів, сприяє підвищенню родючості грунтів і позитивно позначається на агрофізичних і біологічних процесах. Дефекат виступає як депо кальцію і магнію для рослин і характеризується високим вмістом органічних кислот, вуглеводів та амінокислот. Фосфогіпс надає грануляту необхідної міцності та визначає пролонговану дію добрив за рахунок поступового вивільнення макро- і мікроелементів у водний розчин. Крім того, фосфогіпс збагачує удобрювальну суміш сполуками фосфору. До складу анальциму входять 32 хімічних елементи, в т.ч. і рідко земельні метали, які стимулюють ріст і розвиток рослин, активізують розвиток агрономічне корисної мікрофлори, сприяють зменшенню ґрунтовтоми. Анальцим також виступає як радіопротектор завдяки присутності у складі часток цеоліту. За показниками сумарної ємності катіонів цей мінерал, як показали наші дослідження, доцільно вводити до складу органомінеральних добрив з метою стимуляції розвитку кореневої системи рослин, покращення водопоглинаючої здатності ґрунтів, створення хімічного депо біогенних елементів. Отже розроблені органо-мінеральні добрива позитивно впливають не лише на ріст і розвиток рослин, але й покращують фізико-хімічні і біологічні показники ґрунту та характеризуються високою сорбційною здатністю щодо важких металів. Нижче наводяться конкретні приклади, які більш докладно пояснюють винахід. Ці приклади слугують лише для ілюстрації і не повинні розглядатись як такі, що обмежують його обсяг. Приклад 1. Одержання гранульованого органо-мінерального добрива пролонгованої дії за винаходом. Вихідні комоненти, а саме: як органічний компонет пташиний послід, як мінеральний компонент дефекат і фосфогіпс та цільову домішку - анальцим, дозували і змішували у співвідношенні, мас. %: пташиний послід 40-60 дефекат 20-30 фосфогіпс 17-25 анальцим 3-5. Змішували компоненти, подрібнювали і сушили при температурі 400-600°С, гранулювали суміш на пресекструдері з матрицею отворів 4-6мм. Одержаний гранулят кулястої форми підсушували в барабанній сушарці при температурному режимі 100-140°С та калібрували за розміром. У подальших експериментах використовували добрива, якісний і кількісний склад яких наведено у таблиці 1. Таблиця 1 Приклади складів запропонованого грануляту і прототипу Склад Органічний компонент, мас. % Пташиний послід 1 2 3 4 5 30 40 50 60 70 6 7 8 9 10 11 7 10 30 50 60 65 Сапропель 87 80 50 25 10 5 Мінеральний компонент, мас. % Зола лизги Дефекат Фосфогіпс гречки Запропонований гранулят 35 29 30 25 25 21 20 17 15 13 Прототип 3 5 10 12 20 23 Цільова домішка, мас. % Біогумус Анальцим 6 5 4 3 2 3 5 10 13 25 27 Гранулят за складом 6-11 готували відповідно до способу, описаному в монографії В.О.Єрмоленко "Біологічно активні добрива. Технологія виробництва". Приклад 2. Порівняльна фізико-механічна характеристика запропонованого грануляту і прототипу. Фізико-механічні характеристики грануляту, що пропонується, і прототипу наведені в таблиці 2. Таблиця 2 Фізико-механічна характеристика запропонованого грануляту і прототипу Склад (відповідно Табл.1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Вид поверхні Щільність,г/см3 Гладка Гладка Гладка Гладка Пориста Пориста Пориста Пориста Пориста Пориста Пориста 2,4 2,2 2,0 1,8 1,3 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 Згідно із ГОСТ 215602-824 Статистична міцність На згін,кг/см2 На стискання,кг/см2 3,9 14,6 3,7 14,2 3,2 13,7 2,4 12,5 1,1 9,2 0,9 4,5 0,9 4,4 0,8 4,2 0,7 4,0 0,7 3,9 0,6 3,6 Запропонований гранулят, який складається із 40-60% пташиного посліду, 20-30% дефекату, 17-25% фосфогіпсу і 3-5% анальциму відрізняється значно вищою міцністю гранул порівняно з іншими варіантами досліду та прототипу. Низька міцність гранул варіанту із складом N 5 пов'язана з невисоким вмістом дефекату і фосфогіпсу (28%). В цілому гранулят характеризується гладкою поверхнею, його міцність і щільність задовольняють вимогам зберігання добрива після виготовлення, пакування, транспортування та використання. Приклад 3. Оцінка швидкості виходу біогенних елементів із запропонованого грануляту у розчин. Кінетика виходу біогенних елементів із запропонованого грануляту (склад 1-5) аналізувалась у порівнянні з прототипом (склад 6-11). Ефективність дії грануляту оцінювали за швидкістю виходу елементів живлення у водний розчин. Водостійкість грануляту оцінювали за ступенем руйнації зразків кулястої форми за певний проміжок часу. Результати випробувань грануляту довели перспективність використання фосфогіпсу для пролонгації його дії (табл.3). Таблиця 3 Вихід біогенних елементів із грануляту у водне середовище Елемент, мг/л 1 2 3 4 N Р К Са Mg Fe 97 32 64 375 99 45 121 48 81 409 124 59 129 56 92 457 157 68 135 67 104 482 168 73 N Р К Ca Mg Fe 211 169 225 784 153 97 269 207 254 814 197 115 283 248 291 875 208 127 305 274 312 806 221 133 Склад 5 6 7 Час експозиції 2 доби 144 229 257 73 168 183 115 237 263 501 869 917 172 377 421 79 105 137 Час експозиції 20 діб 321 473 495 299 867 932 346 981 1054 821 1537 1579 243 891 914 141 475 493 8 9 10 11 291 205 311 968 475 159 344 246 375 1015 506 173 396 281 432 1093 523 195 506 364 538 1206 609 258 533 995 1092 1603 937 507 582 1043 1129 1651 972 518 671 1107 1171 1698 998 523 781 1211 1280 1755 1039 538 Це пояснюється низькою швидкістю розчинення і рівномірним капсулюванням грануляту, що призводить до поступового переходу біогенних елементів у водний розчин. Причому швидкість виходу макро- і мікроелементів у водне середовище визначається процентним вмістом фосфогіпсу у складі добрив. Аналіз кінетики виходу біогенних елементів із добрив у водний розчин показав, що гранулят із вмістом 17-25% фосфогіпсу у складі суміші відповідає вимогам до добрив пролонгованої дії і забезпечує необхідний для нормального росту і розвитку рослин рівень поживних речовин. Приклад 4. Оцінка удобрювальної дії та інших біологічних властивостей запропонованого грануляту у порівнянні з прототипом. Ефективність удобрювальної дії оцінювали за впливом на ріст і розвиток озимої пшениці, кукурудзи, листового буряку, цимбідіуму, хлорофітуму. Таким чином, до експерименту було залучено досить широкий набір овочевих і декоративних культур. Дослідні рослини вирощували в умовах закритого ґрунту на грунтосуміші (торф, пісок, листяна підстилка фундука, дернова земля у співвідношенні 1:1:1:0,5) при температурі повітря у межах 2228°С і відносній вологості повітря 65-80%. Освітлення природне. Агротехнічні заходи з культивування рослин були однакові. Всі добрива у дозі 5,0г вносили у вегетаційний контейнер об'ємом 20х20х10см, який був попередньо заповнений ґрунтовим субстратом, і рівномірно розподіляли гранули до висіву насіння або висадки рослин по всій площі контейнера на глибину 3-4см від поверхні. Спостереження проводили при 4-разовій повторюваності експерименту і тривалості вегетаційного періоду 2 місяці (озима пшениця, кукурудза, листовий буряк) і 4 місяці (цимбідіум, хлорофітум). Додаткове внесення добрив виключалось. В контролі була витримана ідентична агротехніка з підживленням рослин щотижня розчином мінеральних солей (розчин Ольсена). Згідно з даними, наведеними у таблиці 4 для заявляємого добрива характерна удобрювальна і біостимулююча дія щодо дослідних видів рослин, а саме: - активізується ріст надземної частини і розвиток кореневої системи рослин порівняно з прототипом в середньому в 1,9-2,7 рази; - підвищується наростання вегетативної маси в 1,7-2,3 рази, а продуктивність цвітіння -в 2,1-2,8 рази; - зменшується токсичність ґрунтового субстрату і пригнічується розвиток фітотоксичних мікроорганізмів (табл.5); - суттєво зменшується надходження до рослинних організмів важких металів. Так, наприклад, вміст марганцю в рослинах на фоні запропонованих добрив зменшується порівняно з прототипом в 1,6-1,8 рази. Таблиця 4 Вплив запропонованого грануляту і прототипу Склад 1 Культура Озима пшениця Приріст, см Об'єм коренів, см3 36,1±4,3 24,6±3,5 Вага вегетативної маси, г 54,8±6,0 Продуктивність цвітіння, % Кукурудза Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 48,7±4, 9 25,2±3,7 72,3±9,2 39,6+4,4 39,2±4,2 51,7±4,8 30,4±3,9 81,9±7,1 44,5±5,0 42,6±5,3 59,1±6, 1 33,8±3,9 92,5±8,2 49,7±4,1 44,9±4,8 62,3±6,0 37,5±3,2 98,2±6,7 53,7±5,1 38,4±2,9 50,2±4,0 26,8±2,1 76,4±7,3 41,9±3,9 16,6±1,7 25,6±1,9 15,9±1,3 40,3±2,1 19,7±1,9 16,8±1,5 24,9±2,2 15,2±1,7 39,7±2,7 19,2±1,8 23,6±2,0 32,9±2,4 19,7±2,1 51,6±3,4 28,3±2,1 21,7±1,8 30,5±2,3 18,2±1,5 49,8±3,9 26,1±2,0 22,0±1,7 31,4±2,2 19,6±1,7 50,7±4,2 27,3+2,3 18,1±1,5 28,2±1,9 17,7±1,4 44,9±2,7 23,8±1,9 40,5±4, 7 18,4±2,8 321,3±32,9 509,1±49, 8 30,7±2,7 48,1±3,9 21,6±2,5 345,7±р7,1 536,1±55,0 41,9±3,9 55,1±4, 2 27,8±2,7 396,6±40,3 611,2±55,9 45,7±4,7 59,2±5,3 30,1±2, 8 409,8±44, 6 632,7±71,9 25,4±2,1 42,6±3,7 19,5±1,7 334, 8±26,3 521,7±44,9 17,9±1,6 26,1±2, 4 15,1±1,2 171,9±20,4 280,4±29, 5 17,1±1,2 23,2±2,1 14,8±1, 1 169,5±21,7 279,1±32,4 22,8±2,1 31,1±2,5 15,8±1,2 195,2±21,4 317,3±32,5 20,9±1,5 30,2±4,8 16,1±1,5 187,7±25,7 309,4±39, 2 23,4±3,1 33,5±4,0 16,1±2,3 201,6±31,9 294,6±42,7 19,9±1,4 30,4±2,1 14,9±0,9 175,3±15,4 285,4±20,6 71,5±8,2 44,3±3,9 452,7±41,7 713,8±70,6 61,2±6,5 80,7±7, 1 49,1±3,7 479,2±21,9 747,1±68,6 69,5±5,7 88,7±7,2 55,2±4,6 503,6±51,7 792,8±62,9 72,4±8,7 93,8±9,1 59,1±4, 7 532,7±44, 9 811,0±72,1 56,2±6,1 73,7±9,2 49,1 ±5, 7 467,5±63,2 729,4±71,6 20,9±1,2 31,5±2,5 24,2±1,4 209,3±15,6 327,1±28, 4 18,6±2,1 27,3±1,9 25,4±2,7 208,3±18,3 327,9±29,2 38,3±2,7 49,4±2,9 31,7±1,8 280,5±27,2 427,2±39, 7 37,4±2,7 48,9±3,8 32,5±3, 1 287,3±26,9 432,6±37,5 35,1±2,4 44,9±3,0 30,2±1,6 267,3±29,4 408,4±37, 1 29,4±2,1 34,8±2,9 28,1±1,5 214,5±18,7 348,6±21,9 67,2±2,3 83,9±5,7 87,5±6,1 91,2±6,8 76,7±5,2 31,3±2,1 32,9±2,4 40,2±3,2 38,4±2,9 37,9±3,4 36,7±3,1 Об'єм коренів цимбідіуму на початку експерименту до висадки рослин складав 167,1-212,6см3, хлорофітуму 274,9-292,4см3. Вага вегетативної маси озимої пшениці, кукурудзи і листового буряка розраховувалась сумарно на 5 рослин. Таблиця 5 Вплив запропонованого грануляту на токсичність ґрунту і вміст фітотоксичних мікроорганізмів (кінець вегетації) Склад 1 Культура Озима пшениця Кукурудза Токсичність, УКО 7,4 8,3 % ґрунтових фітотоксичних мікроорганізмів Гриби Бактерії Актиноміцети 4,9 11,3 2,1 5,2 11,9 2,7 Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза 2 Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза 3 Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза 4 Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза 5 Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза 6 Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза 7 Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза 8 Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза 9 Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза 10 Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза 11 Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум Озима пшениця Кукурудза Контроль Листовий буряк Цимбідіум Хлорофітум УКО - умовні кумаринові одиниці. 6,9 12,6 15,1 6,7 7,9 6,2 11,5 14,3 6,2 7,5 5,8 11,0 13,9 6,9 8,3 6,7 12,2 14,8 7,1 8,2 6,8 12,5 15,0 13,7 19,2 11,5 24,8 29,4 15,2 21,4 13,8 27,3 32,9 11,6 15,9 10,7 22,5 26,4 12,0 16,3 11,2 23,1 27,4 12,4 16,9 11,7 23,9 28,1 19,4 28,2 16,7 32,9 37,3 21,8 30,0 17,2 35,4 39,7 4,4 6,0 6,6 4,5 4,7 4,0 5,6 5,9 4,0 4,2 3,5 5,1 5,4 4,7 4,9 4,2 5,8 6,1 4,8 5,0 4,1 5,9 6,3 9,1 11,4 8,7 13,2 14,0 9,7 12,6 9,2 15,1 15,9 8,7 11,0 8,2 12,4 12,8 8,9 11,7 8,6 12,7 13,2 9,0 11,9 8,7 13,0 13,5 9,5 12,5 8,9 13,4 14,0 12,7 13,5 11,2 15,6 16,7 10,5 13,4 14,7 8,1 8,4 7,5 9,3 10,2 7,4 7,9 6,3 8,2 8,9 8,4 8,7 7,9 9,7 10,8 8,5 8,8 8,0 9,6 11,0 19,7 21,3 16,1 27,5 29,2 21,3 23,8 19,7 30,1 38,2 16,4 18,0 15,5 24,3 25,4 16,1 17,6 15,0 23,9 24,7 16,2 17,9 15,1 24,2 25,3 18,7 20,0 17,9 26,7 28,9 29,2 22,7 20,8 37,1 40,6 1,8 3,0 3,4 1,5 1,8 1,2 2,4 2,6 1,2 1,5 0,9 2,1 2,3 1,4 1,9 1,5 2,7 2,9 1,6 2,1 1,7 2,8 3,0 2,9 3,8 2,6 3,7 3,9 3,1 4,0 2,8 3,9 4,2 2,6 3,5 2,4 3,3 3,6 2,5 3,3 2,1 3,0 3,2 2,7 3,6 2,3 3,1 3,5 3,0 3,9 2,8 4,1 4,5 3,8 4,2 3,5 4,9 5,3 Підвищення продуктивності дослідних рослин, а також стимуляція ростових процесів, яка спостерігається протягом всього вегетаційного періоду, свідчать про стійкий характер пролонгованої удобрювальної дії розробленого органо-мінерального добрива. Польові дослідження підтвердили перспективність використання запропонованих органо-мінеральних добрив при вирощуванні сільськогосподарських культур. Зокрема, на дослідних полях фірми "Мир Сем" у Миронівському районі на чорноземах малогумусних внесення грануляту сприяло підвищенню врожаю гороху на 4,1-6,9ц/га і цукрового буряку на 53-81ц/га. Врожайність гороху зросла за рахунок кращої виповненості зерна - збільшення 1000 зерен і більшої озерненності рослин. Зростання врожайності цукрового буряку відбувалось за рахунок збільшення густоти рослин і збільшення ваги коренеплодів.