Комплексное органоминеральное удобрение и способ его получения

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для обогащения почвы органическими и минеральными веществами, а также для восстановления плодородия деградированных земель. Удобрение содержит компоненты при следующем соотношении, мас.ч.: торф - 50-150; навоз крупного рогатого скота 2-3-х годичной выдержки - 250-400; сухой птичий помет - 300-500; гидролизный лигнин - 50-100; материнский слой земли- 50-100; 4-25%-ный водный раствор аммиака - 1-10; минеральные добавки - 1-100; стимулятор - 0,5-5,0; связующее - 0,1-0,5. Способ получения удобрения включает измельчение органических компонентов, их смешение с минеральными добавками, гранулирование с последующей сушкой и разделение гранул на фракции. Перед измельчением в органические компоненты вносят материнский слой земли, а измельчение производят до размеров частиц 80-120 мкм. Затем осуществляют обеззараживание и ферментацию смеси при 60-80^oC с добавлением 4-25%-ного водного раствора аммиака при постоянном перемешивании в течение 2-4 ч. После этого производят фракционирование массы с размером частиц до 5 мм, вносят в нее стимулятор и связующее и производят гранулирование путем продавливания готовой массы через шнековый экструдер с ножом, причем сушку гранул осуществляют при 35-60^oC. Изобретение позволяет получить экологически чистое комплексное органоминеральное удобрение, обеспечивающее в почве оптимальную концентрацию питательных веществ, упростить способ получения удобрения с сокращением длительности процесса. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области производства сложных удобрений и может быть использовано в сельском хозяйстве для обогащения почвы органическими и минеральными веществами (перед посевом, или под основную вспашку, или для подкормки растений в период вегетации), при выращивании зерновых, овощных, плодово-ягодных, картофеля и других культур, а также для восстановления плодородия деградированных земель.

Известен состав органического удобрения, получаемого путем окислительного аммонолиза технического лигнина, содержащего азот в виде азота аммония, нормально гидролизуемого амидного азота и более прочно органически связанного азота. Содержание последнего составляет более 60 до 85% в пересчете на общее содержание азота в удобрении [Патент N 2127714, кл. C 05 F 7/02, заявл. 18.03.94, опубл. БИ N 8, 1999].

Такое удобрение имеет узкое назначение, поскольку является только азотным удобрением (полностью отсутствуют калий, фосфор). При внесении его в почву улучшается ее структура, поглотительная способность, но эффект при выращивании растений наступает лишь на 3-4-й годы и только при дополнительном внесении фосфора, калия, кальция, тех питательных веществ, которые вместе с азотом крайне необходимы для целлюлозоразлагающих микроорганизмов. И если почва бедна этими элементами питания, то и микроорганизмы страдают, и растения начинают голодать.

Наиболее близким по своей сущности является состав торфяного удобрения, принятого нами за прототип, мас.%: торф 17,3-17,6; минер. добавки 2,4-2,7; вода остальное, а минеральные добавки берут в соотношении, мас.%: подвижный калий (К₂О) 0,56-0,6; подвижный фосфор (P₂O₅) 0,2 - 0,25; азот общий 0,5-0,51 [Заявка N 93003496/15 от 21.01.93, кл. C 05 F 11/02, опубл. БИ N 8, 1996].

Это известное удобрение имеет существенные недостатки: очень малый процент содержания органики, концентрация питательных веществ (NPK) не на оптимальном уровне и достигается путем введения минеральной добавки, т.е. минеральных удобрений, а последние, как известно, усваиваются растениями на 15-20% (по сравнению с органическими удобрениями - на 50-60%). Кроме того, в этом удобрении отсутствует широкий спектр органических веществ, жизненно необходимых растению, таких как гуанин, протеин, мочевина и другие, а также микроэлементов, присутствующих всегда в птичьем помете, золе и др.

Известен способ получения гуминосодержащего органоминерального удобрения, который включает измельчение бурого угля, обработку его 2-10%-ным водным раствором KOH или Ca(OH)₂ и последующее смешение его с измельченным минеральным фосфорсодержащим удобрением (фосфориты, суперфосфат, аммофос). Полученную композицию смешивают с измельченными известняком и глауконитовым песком, пластификатором, в качестве которого используется 2-5%-ный раствор мочевины. Компоненты тщательно перемешивают и образовавшуюся смесь формуют в гранулы и сушат при 85-95^oC [Патент N 2051884, кл. C 05 F 11/02, опубл. БИ N 1, 1996].

Этот способ не позволяет получать сложное органоминеральное удобрение с преимущественным содержанием органических компонентов из-за отсутствия стадий ферментации, термообработки, а гранулирование этим методом не даст прочных гранул.

Известен также способ получения гранулированных удобрений на органической основе, принятый нами за прототип. Сущность этого способа заключается в следующем. Органические компоненты подвергают измельчению и сбраживанию со сбором биогаза, который соединяют с природным газом и сжигают. Масса представляет собой суспензию, которую путем центрифугирования разделяют на пульпу и фильтрат. Последний направляется на приготовление смеси исходных органических компонентов. В пульпу добавляют 1-60% минеральных веществ как химической, так и естественной природы, которые предварительно растворяют (удобрения азотные, фосфорные, калийные; бентониты, цеолиты, отходы сахарной отрасли). Пульпу подвергают гранулированию в псевдоожиженном слое путем ее распыления. Органическая пыль, уловленная после гранулирования, доизмельчается и вводится в пульпу перед гранулированием. Сушку ведут нейтральным теплоносителем (атмосферный воздух), нагретым путем сжигания смеси биогаза и природного газа при 700^oC. Далее идет стадия разделения гранул на фракции с возвратом мелкой фракции на гранулирование [Патент N 2125548, кл. C 05 F 3/00, 3/06, опубл. БИ N 3, 1999 г.].

Этот способ характеризуется громоздкостью аппаратурного оформления, многостадийностью и длительностью процесса (6-10 суток). Кроме того, указанная стадия гранулирования не обеспечивает достаточной прочности гранул из-за отсутствия связующего. Полученный гранулированный продукт таким способом будет терять товарный вид при эксплуатации. Недостатком является также создание линии утилизации биогаза - усложнение аппаратурного оформления.

Задачей изобретения является создание экологически чистого комплексного органоминерального удобрения россыпью и/или в прочных гранулах, обеспечивающего в почве оптимальную для растений концентрацию питательных веществ, и разработка более простого, технически несложного по аппаратурному оформлению способа получения комплексного органоминерального удобрения, сокращение длительности процесса.

Поставленная задача достигается тем, что состав комплексного органоминерального удобрения состоит из компонентов при следующем соотношении, в мас. ч.: Навоз крупного рогатого скота (НКРС) - 250-400 Птичий помет (ПП) - 300-500 Гидролизный лигнин - 50-100 Торф - 50-150 Земля - 50-100 Раствор NH₃ - 1-10 Стимулятор - 0,5-5,0 Минер. добавка - 1-100 Связующее - 0,1-0,5
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ включает совокупность следующих существенных признаков: измельчение органических компонентов, смешение с растворенными минеральными веществами, гранулирование с последующей сушкой, разделение гранул на фракции, а измельчают органические компоненты до достижения размеров частиц 80-120 мкм, обеззараживание и ферментацию смеси органических компонентов проводят при 60-80^oC, добавляя водный раствор аммиака и постоянно перемешивая в течение 2-4 ч, с последующим фракционированием массы с размером частиц до 5 мм, причем перед гранулированием одновременно с минеральными веществами вносится стимулятор и связующее, а гранулирование ведут путем продавливания готовой массы через шнековый экструдер с ножом и дальнейшей сушкой гранул при 35-60^oC.

Предложенный состав комплексного органоминерального удобрения готовят следующим образом. Навоз крупного рогатого скота (НКРС) 2-3 годичной выдержки, сухой птичий помет (ПП), гидролизный лигнин, торф и землю (материнский слой - 40 см) загружают в смеситель в определенных соотношениях согласно каждой марки, перемешивают и измельчают в дробилках до частиц 80-120 мкм. Потом смесь проходит термообработку и обеззараживание, т.е. при перемешивании в течение 2-4 ч она разогревается в реакторах до 60-80^oC за счет в основном протекания реакции нейтрализации между компонентами с различным pH и окисления, частичной ферментации. На этой стадии проводят добавление водного раствора аммиака концентрации 4-25%, если готовят комплексное органоминеральное удобрение с pH 8-9 (для закисленных почв). С аммиаком термообработка протекает быстрее, т. к. он связывается карбоксильными группами, которых достаточно много в гидролизном лигнине, и смесь разогревается. По истечении указанного времени, охлаждения и выделения фракции с размером частиц до 5 мм, удобрение можно использовать как базовое удобрение и выгружать россыпью или подавать на грануляцию. Комплексное органоминеральное удобрение получают добавлением к базовому корректирующих минеральных добавок (минеральные удобрения: фосфорные, азотные, калийные; микроудобрения, золу от подсолнечных и гречишных стеблей и др.), стимуляторов (поливинилпирролидон, хелатные соединения, гуминосодержащие препараты) и связующего (водный раствор карбоксиметилцеллюлозы и/или поливинилового спирта концентрации 0,1-0,5%). Все тщательно перемешивают и подают на грануляцию через экструдер. Гранулы сушат при 35-60^oC.

Предлагаемое комплексное органоминеральное удобрение произведено на натуральной основе: 2-3 годичной выдержки навоз крупного рогатого скота, сухой птичий помет, гидролизный лигнин, торф, материнский слой земли. Каждый компонент сырья подвергается проверке на радиоактивное загрязнение и присутствие тяжелых металлов. Вводимый дополнительно в состав водный аммиак - товарный продукт ТУ 113-03-621-89. Удобрение сбалансировано по активным веществам с помощью введения различных добавок. Оно имеет несколько видов марок, каждая из которых отвечает определенному составу смеси исходных компонентов и pH. Это связано с тем, что почвы в разных регионах страны значительно отличаются по агрохимическому составу и pH. Поэтому каждому потребителю есть прямой смысл брать соответствующую марку комплексного удобрения, где акцент сделан на определенные показатели, отсюда хозяйственный и экономический подход к решению проблемы повышения урожайности и развития растений.

Примеры составов соответствующих марок комплексного органо-минерального удобрения представлены в таблице 1.

В состав комплексного органоминерального удобрения входят с 1-5 обязательно составляющие по сырью. Шестой компонент - водный раствор аммиака - может также вводиться в каждую марку удобрения, когда необходимо получить на выходе удобрение с pH 8-9 (для кислых почв по заявке потребителя). Для карбонатных почв целесообразно использовать удобрение с pH 6-7, когда количество вводимого аммиака соответствует минимальному значению указанного предела (примеры NN 1, 4, 5, 8). Но имеет место иногда и такой факт: при смешении компонентов с NN 1-5 регистрируется значение pH уже в щелочной области, т.е. добавление NH₃ нежелательно. Причиной тому является различие в составах сырья HKPC и ПП. Регулировка pH удобрения в этом случае осуществляется за счет использования больших количеств гидролизного лигнина, у которого исходное pH 3- 4. Компонент "стимуляторы" - это поливинилпирролидон (искусственная плазма крови), органические хелатные соединения с целевым микроэлементом, гуминосодержащие препараты и др. вводятся в состав удобрения в растворенном виде. Максимальное значение дозировки по этому компоненту применяется, когда базовое сырье (компоненты NN 1-5) не дает высоких значений NPK и содержания микроэлементов, а также в случае использования удобрения на обедненных почвах. Такой вариант удобрения целесообразно гранулировать, чтобы эффективно использовать оптимальную дозу стимулирующего средства (разнос удобрения вместе с посевом семян).

Корректирующая минеральная добавка (минер. удобрения, микроудобрения, зола и др. ) также вводится в состав удобрения, когда необходимо повысить значения тех или иных или всех показателей NPK и микроэлементов целевых. Совместное введение стимулятора и корректирующей минеральной добавки в любую из марок дает максимально обогащенное комплексное органоминеральное удобрение, которое целесообразно применять на обедненных почвах и получить быстродействующий эффект в развитии растений. Качественная характеристика предлагаемых марок комплексного органоминерального удобрения приведена в табл. 2.

Технология предлагаемого способа получения комплексного органоминерального удобрения заключается в реализации следующих стадий. Органические компоненты (НКРС, ПП, гидролизный лигнин, торф, материнский слой земли) смешивают в смесителе с лопастной мешалкой, затем направляют в скоростную дробилку на измельчение до получения частиц размером 80-120 мк. Измельченная органическая масса направляется по конвейеру во вращающиеся реакторы для проведения термообработки, обеззараживания и частичного процесса ферментации при 60-80^oC в течение 2-4 ч. На этой стадии осуществляется введение добавки водного раствора аммиака концентрации 4-25%. Практически температура смеси повышается до заданного уровня без подвода тепла извне, благодаря лишь всем химическим процессам, протекающим в результате взаимодействия составляющих органических компонентов. Далее производится рассев массы на фракцию 0-5 мм. Отход, представленный частицами более 5 мм, направляется на доизмельчение. Головная фракция органической массы есть основа комплексного органоминерального удобрения. Готовый продукт далее направляется в бункер-накопитель, откуда может быть выгружен как товарный продукт для применения россыпью, если имеют место высокие значения NPK и оптимальное содержание микроэлементов, или направляется на стадию смешения со связующим, стимулятором, микроудобрениями, или золой, или минеральными удобрениями. В качестве связующего используются водные растворы карбоксиметилцеллюлозы и/или поливинилового спирта концентрации 0,1-0,5%. Полученная пластичная масса подается на шнековый экструдер с ножом для получения гранул d=4-5 мм, высотой 5-6 мм. Сушка и фракционирование производится во вращающихся барабанных ситах при 35-60^oC. Забор сухих гранул производится циклоном. Продукт после изготовления в течение 24 ч затаривается в полиэтиленовые мешки или пакеты.

Предлагаемый способ получения комплексного органоминерального удобрения характеризуется простотой, надежностью, высокой производительностью и коротким технологическим пробегом, т. е. сокращена длительность процесса (нет стадии сбраживания, продолжительность которой 6-10 суток; нет центрифугирования - энергозатраты), высоким качеством (сбалансировано по питательным элементам) и высокой прочностью гранул. Кроме того, способ гарантирует выпуск обеззараженного органоминерального удобрения как в гранулах, так и россыпью. Достаточно высокая температура (60-80^oC) в течение нескольких часов уничтожает обычно присутствующие в навозе семена сорняков, яйца вредных насекомых (глистов, мух, медведок и др.), а также вирусы и бактерии, вызывающие заражение почвы и оказывающие губительное действие на растение, т.е. отпадает необходимость применения ядохимикатов, обеззараживающих почву, а это позволит получать экологически чистую продукцию. В данном способе используется классическое, простое оборудование: смесители, дробилка, реакторы с рубашкой, дозаторы, шнековый экструдер, циклон.

Пример выполнения предлагаемого способа получения комплексного органоминерального удобрения.

В смеситель загружают 250 кг НКРС, 500 кг ПП, 100 кг гидролизного лигнина, 100 кг торфа, 50 кг материнского слоя земли и перемешивают в течение 15-20 мин. Затем подвергают измельчению в скоростной дробилке до частиц размером 80-120 мкм. Далее осуществляется стадия обеззараживания и частичной ферментации с участием 5%-ного водного аммиака - 10 кг в реакторах продолжительностью 3-4 ч при 60-80^oC, по окончании которой смесь представляет собой рыхлую однородную темно-коричневую массу, направляемую далее на рассев с выделением фракции частиц до 5 мм. Фракция более 5 мм возвращается на стадию измельчения. Головная фракция смеси подается в смеситель с мешалкой, куда вводятся еще и добавки: стимулятор - поливинилпирролидон - 0,5 кг, предварительно растворенный в 5 л воды, 30 кг золы от подсолнечных и гречишных стеблей, 350 г связующего в виде 0,2-0,3%-ного водного раствора карбоксиметилцеллюлозы и/или поливинилового спирта. (Растворы стимулятора и связующего можно предварительно смешать, а затем соединить со всей массой удобрения).

Композиция тщательно перемешивается, и пластичная масса подается на грануляцию методом экструдирования с получением гранул d=4-5 мм с последующей сушкой их при 35-60^oC. Отход - пыль со стадии сушки гранул улавливается и подается в смеситель перед стадией грануляции.

Удобрение комплексного действия на базе натурального сырья содержит все необходимые растениям питательные и стимулирующие их развитие вещества и микроэлементы в доступной для усвоения форме. Удобрение экологически безопасное, не образует в почве вредных и токсичных соединений. Кроме того, обладает высокоэффективным последействием (на 2-й и 3-й годы), способствует оживлению и улучшению структуры почвы за счет образования гумуса, улучшает теплоизоляционные свойства почвы (процессы, протекающие с ингредиентами удобрения и почвы, - экзотермические), повышает устойчивость к небольшим заморозкам.

Формула изобретения

1. Комплексное органоминеральное удобрение, содержащее торф и минеральные добавки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит навоз крупного рогатого скота 2 - 3 годичной выдержки, сухой птичий помет, гидролизный лигнин, материнский слой земли, 4 - 25%-ный водный раствор аммиака, стимулятор и связующее при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Навоз крупного рогатого скота - 250 - 400
Сухой птичий помет - 300 - 500
Гидролизный лигнин - 50 - 100
Торф - 50 - 150
Материнский слой земли - 50 - 100
4 - 25%-ный Водный раствор аммиака - 1 - 10
Минеральные добавки - 1 - 100
Стимулятор - 0,5 - 5,0
Связующее - 0,1 - 0,5
2. Удобрение по п.1, отличающееся тем, что в качестве стимулятора используют поливинилпирролидон, и/или органические хелатные соединения, и/или гуматсодержащий препарат, предварительно растворенные в воде.

3. Удобрение по п.1, отличающееся тем, что в качестве минеральных добавок используют фосфорные, азотные и калийные минеральные удобрения, микроудобрения и золу от подсолнечных и гречишных стеблей.

4. Удобрение по п. 1, отличающееся тем, что в качестве связующего используют водные растворы карбоксиметилцеллюлозы и/или поливинилового спирта концентрации 0,1 - 0,5%.

5. Способ получения комплексного органоминерального удобрения, включающий измельчение органических компонентов, их смешение с минеральными добавками, гранулирование с последующей сушкой и разделение гранул на фракции, отличающийся тем, что перед измельчением в органические компоненты вносят материнский слой земли, измельчение производят до размеров частиц 80 - 120 мкм, а затем осуществляют обеззараживание и ферментацию смеси при 60 - 80^oC с добавлением 4 - 25%-ного водного раствора аммиака при постоянном перемешивании в течение 2 - 4 ч, после чего производят фракционирование массы с размером частиц до 5 мм, вносят в нее стимулятор и связующее и производят гранулирование путем продавливания готовой массы через шнековый экструдер с ножом, причем сушку гранул осуществляют при 35 - 60^oC.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2