Способ преобразования биомассы в средство улучшения почвы, удобрение и/или субстрат для роста растений

 

Использование: в сельском хозяйстве, способы преобразования биомассы в средство улучшения почвы, удобрение и/или субстрат для роста растений. Сущность изобретения: в способе собранную в бурт и укрытую органическим материалом биомассу подвергают воздействию естественных процессов разложения до достижения желаемой степени преобразования. Для укрытия бурта используют органический материал, измельченный до размера древесных опилок, а покровый слой: формируют толщиной, обеспечивающей полное задержание образующихся в процессе разложения биомассы летучих веществ. В качестве органического материала для покровного слоя возможно использование древесины, древесной коры, соломы, стеблей кукурузы, подсолнечника, проса, артишоков, клевера, люцерны, альфа-альфа, слоновой травы, кустов хлопчатника, сахарного тростника и/или сухих твердых остатков фитомассы. 19 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способу образования биомассы в вещества для улучшения почвы, удобрения и/или в вещества для улучшения роста растений путем укладки биомассы в бурт, укрытия его со всех сторон покровным слоем из органического материала и последующего выдерживания для достижения необходимой степени разложения биомассы.

Такие способы с давнего времени применяют для того, чтобы вновь вернуть в производительный цикл не реализуемую по другому биомассу. Для этой цели биомассу, как правило, грубо измельчают, например, при помощи шреддера, сгребают в кучу и оставляют ее для воздействия на нее природных микроорганизмов и т.п. Образование куч различных видов биомассы происходит часто беспорядочно, в зависимости от ее количества.

Процесс преобразования биомассы в таких кучах протекает соответственно неконтролируемо, в результате чего получаемый продукт не может быть однородным.

Существенным отличительным признаком известного из уровня техники способа является то, что могут уходить как газообразные, так и жидкие продукты преобразования, причем это, с точки зрения специалистов, считается даже необходимым. Вследствие этого остаются без использования ценные составные части биомассы. Продукты, получаемые по известным способам, не являются, кроме того (как это установил неожиданным способом изобретатель), уже по этой причине оптимизированными по своей активности в качестве веществ для улучшения роста растений.

Задачей настоящего изобретения является создание способа вышеназванного вида, позволяющего с помощью самых простых средств производить существенно более полное преобразование биомассы и таким образом получать продукты, обладающие существенно большей активностью в качестве веществ для улучшения почвы, удобрений и/или в качестве веществ для улучшения роста растений.

Задача настоящего изобретения решается за счет того, что для укрытия бурта используют органический материал, измельченный до размера древесных опилок, который укладывают в покровный слой, толщина которого обеспечивает полное задержание образующихся в процессе разложения биомассы летучих веществ.

На фиг. 1 изображен бурт в разрезе согласно первой предпочтительной форме выполнения изобретения; на фиг. 2 бурт в разрезе согласно второй предпочтительной форме выполнения изобретения.

При осуществлении способа согласно изобретению используют биомассу различного вида. Особенно существенным при этом является тот факт, что применяют измельченную до размера древесных опилок древесину для впитывания ею и удерживания летучих продуктов преобразования биомассы. Наружное покрытие образованных по изобретению буртов, в которых происходит преобразование биомассы, пропускает благодаря особенной абсорбционной способности этого материала такое количество воздуха, что исключается возможность загнивания биомассы, как это имело бы место в противном случае, то есть при отсутствии доступа воздуха, например, при покрытии бурта пленкой или землей.

Наряду с измельченной древесиной применяют также зеленую массу, солому и т. п. а также навоз, причем в единых, расположенных один над другим слоях, как это будет описано ниже.

На фиг. 1 можно видеть образованный согласно изобретению бурт 1 с горизонтальными слоями. Бурт находится на бетонном основании 9, содержащем расположенный вне покрытой буртом площади сборный желоб 10. Этот сборный желоб 10 предназначен для того, чтобы можно было возвращать обратно в бурт возможные жидкие компоненты, выделяющиеся из биомассы. Бетонное основание делают для улучшения сбора такой жидкости слегка наклонным (минимум 2^о), благодаря чему образующаяся жидкость стекает в этот сборный желоб 10. Необходимо отметить, что, как правило, выделения жидких компонентов биомассы не происходит, так как они в ней задерживаются. Сборный желоб 10 может пригодиться только в отдельных случаях. Само собой разумеется, что вместо бетона можно использовать любой другой, в основном не пропускающий воду материал, например, глину, однако использование синтетического материала менее желательно.

На бетонном основании 9 находится (в рассматриваемом примере выполнения изобретения толщиной около 20 см) слой 2 на измельченной до размера древесных опилок древесины. Этот слой древесины впитывает выходящие из биомассы жидкие продукты ее преобразования и в процессе протекания способа преобразуется вместе с ними. Толщину самого нижнего слоя древесины 2 выбирают всегда такой, чтобы она могла удовлетворять требованию абсорбции, при этом излишнюю толщину следует по возможности избегать.

В качестве материала для самого нижнего слоя древесины 2 (как и для других слоев из древесины, о которых речь пойдет ниже), пригодны, например, древесные отходы лесопилен, столярных мастерских, их производств, связанных с плотницкими работами, изготовлением окон, фанеры, из лесничеств при проведении расчистки леса и т.д. а также стволы деревьев и сучья толщиной больше чем 30 мм. Вместе с древесиной можно измельчать также и кору. При применении древесины хвойных пород необходимо следить за тем, чтобы не было примешено большего количество игл, потому что они могут отрицательным образом воздействовать на процессы преобразования биомассы.

Над этим самым нижним слоем 2 из измельченной древесины расположен слой 3 из зеленой массы. Слой 3 имеет толщину как правило, между 10 и 40 см. В значительной степени его толщина зависит от вида имеющейся зеленой массы, в особенности от степени ее измельчения, сыпучести и т.д. В качестве зеленой массы пригодны, например, подножный корм, свекольная и картофельная ботва, сечка садовых растений, отходы, образующиеся при очистке некоторых сооружений, луговая трава, морковная ботва, зелень сельдерея, отходы от овощей и салатов, виноградные выжимки, остатки при производстве пива (пивная дробина), отходы из элеваторов, мельниц, консервных заводов, а также и из других отраслей пищевой и вкусовой промышленности, при этом даже биологические отходы из городского мусора, водяные растения, сахарный тростник, листва, ветки, остающиеся при расчистке леса, а также многое другое.

В биомассу можно вносить также и долю фруктовых отходов. Биомасса содержит естественную влагу. В особенности пригодна влажная от дождя зеленая масса. Биомассу уплотнять не следует. Нельзя применять части растений, содержащие микроцидные или фитонцидные вещества. Например, зеленые листья рододендрона в больших количествах были бы при известных условиях нежелательны.

Смотря по необходимости, зеленую массу требуется измельчать. Ветки, и т. п. должны подвергаться измельчению.

На слой зеленой массы 3 наносят слой 4, состоящий из влажной соломы, соломы только влажной с поверхности, но не мокрой. Ее используют без измельчения и преимущественно насколько возможно рыхлой массой. Для слоя 4 можно использовать например, солому, рапса, злаковых культур, кукурузы, подсолнечника, а также хлопковые отходы и отходы конопли, солому бобовых растений, соевых культур, а также испорченное сено, тростник, сухую листву и тому подобное.

На слой соломы 4 помещают слой 5, состоящий из навоза. Если для слоя 5 применяют исключительно навоз крупного рогатого скота, в особенности коровий навоз, то достаточно сравнительно тонкого слоя. Навоз можно наносить на слой 4 свежим, в частности хорошо разрыхленным. Если применяют навоз из высокой подстилки, то его необходимо измельчать. Вместе с навозом крупного рогатого скота не исключена возможность использования навоза также и других животных. Для образования следующего слоя 6 из древесины на слой 5 из навоза помещают измельченную до размера опилок древесину. Этим слоем 6 заканчиваются слои согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг. 1, на слой 6 можно с выгодой опять укладывать слои с той же самой последовательностью материалов, как было сделано раньше. В этом случае слой 6 из измельченной древесины является тогда для новой последовательности слоев самым нижним слоем. За слоем 6 из древесины последует слой 3 из зелени массы, второй слой 4 из соломы и второй слой 5 из навоза, после него укладывают вновь слой 6 из измельченной древесины, который согласно примеру 1 выполнения по фиг. 1 является самым верхним, заключительным слоем бурта 1. Таким образом сложенный бурт имел бы практически высоту около 2 метров. Образованный из горизонтальных слоев бурт при добавлении следующих слоев описанного вида мог бы достигнуть тогда общей высоты, равной до 3 метров.

Важным является то, чтобы в каждом случае самый верхний слой бурта опять состоял из слоя 6 из измельченной древесины. Этот слой должен иметь такую толщину, чтобы был способен абсорбировать летучие вещества процессов превращения биомассы, которые происходят в бурте. Достаточность толщины самого верхнего слоя очень легко определить. Если проступает темный цвет, то это указывает на то, что толщина самого верхнего слоя недостаточна и его необходимо нарастить добавлением измельченной древесины. Как правило, достаточна толщина самого верхнего слоя 6 из древесины, равная от 10 до 20 см. Важно также, что работу по образованию бурта можно прерывать на длительное время только в том случае, когда незаконченный бурт имеет своим верхним слоем слой измельченной древесины, то есть обеспечено покрытие бурта согласно рекомендации настоящего изобретения.

В расчете на общий объем последовательности слоев, состоящей из самого нижнего слоя 2 из древесины, слоя 3 из зеленой массы, слоя 4 из соломы и слоя 5 из навоза, является выгодным, если объемная доля самого нижнего слоя из древесины 2 составляет около 25% слой из зеленой массы около 40% слой из соломы около 30% а слой из навоза около 3% Если же, что легко осуществимо и также очень выгодно, нужно использовать больше навоза, то тогда его доля может возрасти приблизительно до 30% при этом остаться, по меньшей мере, 3 объемных коровьего навоза. При повышенной таким образом доле навоза для достижения оптимальных результатов бурт во время превращения перемещается.

Изображенный на фиг. 1 бурт 1 можно преобразовывать с различной шириной, которая составляет обычно от 7 до 20 метров. Длина бурта может быть выбрана любая. Высота бурта составляет, как уже говорилось выше, между 2 и 3 метрами.

Боковые стороны бурта 1 содержат наружные слои 7 и 8 из измельченной до размера опилок древесины, которые снизу до верха (включая верх) окружают бурт 1. Угол наклона боковых слоев 7 и 8 из древесины составляет с горизонталью приблизительно от 45 до 51^о, благодаря чему бурт стабилен и боковые слои 7 и 8 из древесины прочно удерживаются на бурте.

Непосредственно после образования бурта на высоте слоя из зеленой массы 3 можно оставлять в боковом слое 7, 8 из древесины щель, которую закрывают через два дня измельченной древесиной. Эта щель служит выгодным образом для того, чтобы обеспечить первоначальный более сильный приток воздуха к слою из зеленой массы. Составные вещества при этом сохраняются, потому что они улавливаются слоем из измельченной древесины, куполообразно лежащим над слоем из зеленой массы, или же абсорбируются самым нижним слоем из измельченной древесины 2.

Бурт 1, который показан на фиг. 2, имеет несколько измененную структуру. В таком бурте последовательности слоев, соответствующие, впрочем, описанным выше для бурта, выполняемого согласно фигуре 1, имеют наклон по отношению к вертикальной средней плоскости бурта 1. При образовании этого бурта можно для создания аэрации снизу настелить на основание (слоем приблизительно 20 см), крепкий хворост, а поверх поместить слой тонких веток (слой около 10 см). На этот слой накладывают слой соломы, а далее следуют слои в той же последовательности, как это уже описано ранее. Слой из хвороста и веток помещен на фиг. 2 между основанием 9 и самым нижним слоем 2 из измельченной древесины. Выполненный таким образом бурт необходимо один раз или же дважды перемещать.

Также и бурт 1 во второй предпочтительной форме выполнения закрыт со всех сторон слоями 2, 7, 8, 6 из измельченной древесины.

В случае очень высокой доли навоза этот бурт необходимо перемещать, но тогда его высота не должна превышать 3,5 м.

Слои из измельченной древесины, применяемые для создания оболочки, окружающей со всех сторон бурт, как это предложено по предмету изобретения, имеют согласно современному уровню знаний особое значение для достижения тех преимуществ, которые предоставляет способ в соответствии с настоящим изобретением при его сравнении со всеми известными до сих пор способам. Процессы преобразований должны протекать в бурте таким образом, чтобы влажность и летучие продукты преобразований оставались в бурте в течение всего преобразования биомассы, не загнивая, что, однако, имело бы место в случае полной изоляции биомассы в бурте от окружающей среды. Измельченная до размера опилок древесина состоит из мелких частиц с очень большой поверхностью. В процессе измельчения, то есть разрывания, расщепления древесины, а частицы приобретают самую различную форму, становятся соответственно рыхлыми и пористыми, благодаря чему обладают особо высокой абсорбционной способностью. Можно сохранять, например, летучие продукты превращения, влагу составных частей, связывать их и преобразовывать в питание растений, причем одновременно практически полностью происходит преобразование и самой древесины. Есть предположение, что при неполном отсутствии доступа воздуха и одновременном задерживании летучих ингредиентов создаются особенно хорошие условия для жизнедеятельности различных живых существ, благодаря которым в бурте происходят преобразовательные процессы. По всей вероятности, в образованном по предмету изобретения бурте устанавливается особо гармоничное равновесие аэробных и анаэробных преобразовательных процессов, в которых, возможно, участвуют также и процессы распада, которые невозможно объяснить активностью живых существ.

При недостатке древесины, используемой в качестве покрывного и уплотнительного материала для окружения со всех сторон бурта, можно применять также следующие материалы: солому, кукурузные стебли, стебли подсолнечника, просяные, артишоковые стебли, клевер, люцерну, альфу-альфу, слоновью траву, кусты хлопчатника, сахарный тростник, тростник и/или аналогично структурированные сухие твердые остатки растительной массы. При этом важным аспектом является то, чтобы также и этот материал при его измельчении был бы максимально разорван, разодран на куски и/или же раздроблен и т.п. таким образом, чтобы у отдельных частиц такого материала была бы максимально большая поверхность.

Полученные твердые продукты преобразования намного превосходят по своему качеству продукты, получаемые по известным способам. Если другие виды компоста являются только питанием почвы, в которую нельзя тут же высаживать растения или делать на ней посев, то продукт преобразования, получаемый по способу изобретения, является к тому же средством питания растений, а также для использования в грядках для семян и саженцев, поскольку средство способствует развитию корневища. При помощи традиционных видов компостов можно достичь, например, в качестве предельного значения того, что пшеничное зерно дает от шести до семи плодонесущих стеблей. Если же такое же пшеничное зерно растет на продукте превращения, созданного при помощи бурта согласно настоящему изобретению, то получают из одного вида зерна до 28 плодонесущих стеблей. Такие растения невероятно сильные. Если же мочковые корни пшеницы или кукурузы, обработанные искусственными удобрениями, распадаются на воздухе уже через несколько месяцев в пыль, то мочковые корни таких же растений, выращенных с помощью продуктов преобразования согласно изобретению, и через два года сушки на воздухе полностью сохраняются и при прикосновении к ним не разрушаются.

Продукты преобразования, полученные по способу согласно изобретению, могут служить как таковые в качестве субстратов для роста растений, но их можно также вносить в почву как средство для ее улучшения. Например, если в почву пустынных и степных участков вносить соответственные количества продуктов преобразования, полученных по способу согласно изобретению, то такие участки можно превратить в плодородные культурные земли, причем здесь будет происходит также задерживание в почве необходимой воды, потому что тотчас будет проявляться абсорбционное действие слоя гумуса. Растения, выращенные с помощью продуктов преобразования по нашему изобретению, требуют благодаря лучшему развитию корневой системы до 50% меньше воды.

Процессы преобразования согласно предложенному способу завершаются в течение времени, равного от 4 до приблизительно 12 месяцев, причем на них можно оказывать влияние соответственными мерами. Предпочтительно выбирать более длительное время преобразования биомассы. Процессы преобразования можно, однако, в значительной мере ускорить, внеся, например, уже имеющийся продукт преобразования в качестве "стартера" в вновь образованный бурт. Как альтернативу этому можно в небольших количествах использовать продающийся компост. В обоих случаях материал для ускорения процессов преобразования при создании бурта по предмету изобретения помещают на слой соломы.

Для ускоренного осуществления способа вновь образованный бурт можно присоединить к уже существующему, в котором протекают процессы преобразования. С этой целью у "маточной кучи" отбирают материал сбоку, преимущественно в зоне слоев от слоя зеленой массы до слоя из навоза, и новый бурт пристраивают к имевшемуся бурту так, что происходит непосредственное соединение соответственных слоев нового и старого буртов. Забранный у существовавшего бурта материал тонким слоем насыпают на соломенный слой новой кучи, после чего образование бурта завершают нанесением слоя навоза и самого верхнего слоя измельченной древесины.

При проведении способа согласно изобретению можно перерабатывать также и большие количества жидкого навоза, который разжижают водой в соотношении 1:1 и наносят на все слои. В таких буртах целесообразно снижать долю зеленой массы на 20% а долю соломы и древесины, наоборот, повышать на 10% Завершение преобразовательных процессов определить взятием из бурта пробы. Готовый материал в середине бурта должен иметь ровный черный цвет и быть рассыпчатым. За достижением конца процессов преобразований можно следить также и при помощи технических средств, например, используя для такой цели зонды, датчики температуры и т.п. Зонды и датчики могут служить также и для контроля за сохранением необходимой постоянной влажности внутри бура. Если бурт из-за неблагоприятных метеорологических условий начнет недопустимо высыхать, то через верхний слой из измельченной древесины можно в нужные места добавить воду. Переувлажненные места самого верхнего слоя из измельченной древесины закрывают затем нанесением дополнительного количества измельченной древесины закрывают затем нанесением дополнительного количества измельченной древесины.

Не исключена возможность автоматического проведения способа согласно изобретению, например, в помещении, в которое составные части отдельных слоев последовательно доставляют на платформах или т.п. Таким образом, непосредственно следующие один за другим слой из измельченной древесины, соломенный слой и закрывают завершающим слоем из навоза. Доставляющие составные части слоев устройства могут быть оснащены измельчающими механизмами. Платформу, служащую для нанесения самого верхнего слоя из древесины, целесообразно снабжать в этом случае скреппером для разглаживания самого верхнего слоя.

При необходимости перемещения бурта прежде всего предусматривают самый нижний древесный слой необходимой толщины. На этот слой древесины наносят материал из перемещаемого бурта, причем также толщиной слоя около 20 см. Материал в случае необходимости увлажняют. На него следует слой измельченной соломы толщиной около 10 см, также увлажненный. До желаемой высоты бурта следуют затем другие слои материала из перемещаемого бурта и соломы. Бурт закрывают опять слоем из измельченной древесины.

При применении некоторых материалов желательно бурт не перемещать, а вентилировать. Для этой цели перед образованием бурта на основание укладывают кабель или же стержнеобразные элементы и на них закладывают бурт. Для вентиляции кабель или стержни протягивают вверх, например, краном, через бурт, что создает необходимую вентиляцию.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ БИОМАССЫ В СРЕДСТВО УЛУЧШЕНИЯ ПОЧВЫ, УДОБРЕНИЕ И/ИЛИ СУБСТРАТ ДЛЯ РОСТА РАСТЕНИЙ путем укладки биомассы в бурт, укрытия его со всех сторон покровным слоем из органического материала и последующего выдерживания до достижения необходимой степени разложения биомассы, отличающийся тем, что для укрытия бурта используют органический материал, измельченный до размера древесных опилок, который укладывают в покровный слой, толщина которого обеспечивает полное задержание образующихся в процессе разложения биомассы летучих веществ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органического материала для покровного слоя используют древесину, древесную кору, солому, стебли кукурузы, подсолнечника, проса, артишоков, клевер, люцерну, альфа-альфа, слоновью траву, кусты хлопчатника, сахарного тростника, и/или сухие твердые остатки фитомассы.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что используют биомассу, собранную при сильном солнечном излучении в свежем виде в состоянии влажности от дождя.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что биомассу различных видов при укладке в бурт располагают слоями друг над другом, причем каждый слой состоит из биомассы одного вида.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что нижний слой бурта состоит из материала покровного слоя измельченной до размеров опилок древесины, на которой укладывают последовательно слой из зеленой массы, слой поверхностно-влажной соломы и слой навоза крупного рогатого скота.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что толщина нижнего слоя составляет 10 30 см, предпочтительно 20 см.

7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что нижний слой составляет 25% общего объема четырех слоев биомассы.

8. Способ по пп. 5 7, отличающийся тем, что в качестве зеленой массы используют измельченные шреддером листья, стебли, виноградные выжимки, траву или ветки.

9. Способ по пп. 5 8, отличающийся тем, что толщина слоя из зеленой массы составляет 10 40 см.

10. Способ по пп. 5 9, отличающийся тем, что слой из зеленой массы составляет 40% общего объема четырех слоев биомассы.

11. Способ по пп. 8 10, отличающийся тем, что после укладки в бурт четырех слоев биомассы и укрытия его покровным слоем на уровне слоя из зеленой массы на боковом участке покровного слоя выполняют отверстие, которое закрывают через два дня.

12. Способ по пп. 5 11, отличающийся тем, что толщина слоя соломы составляет 10 30 см.

13. Способ по пп. 5 12, отличающийся тем, что слой соломы составляет 30% общего объема четырех слоев биомассы.

14. Способ по пп. 5 11, отличающийся тем, что слой соломы состоит из неизмельченной соломы.

15. Способ по пп. 5 14, отличающийся тем, что слой соломы содержит наряду с соломой также сухое сено, тростник или листья.

16. Способ по пп. 5 15, отличающийся тем, что слой навоза крупного рогатого скота формируют разрыхленым и его объем составляет 3% общего объема четырех слоев.

17. Способ по пп. 5 16, отличающийся тем, что на бурт, укрытый покровным слоем, укладывают дополнительно последовательно слой из зеленой массы, слой соломы, слой навоза и слой органического покровного материала, повторяя последовательность слоев необходимое число раз.

18. Способ по пп. 5 17, отличающийся тем, что все слои расположены горизонтально.

19. Способ по пп. 5 17, отличающийся тем, что все слои расположены под углом к горизонтали.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что две последовательности слоев расположены с противоположным одинаковым уклоном, будучи смежными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2