Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА РАСТИТЕЛЬНОГО ИЛИ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА РАСТИТЕЛЬНОГО ИЛИ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА РАСТИТЕЛЬНОГО ИЛИ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к технологиям получения удобрений из органических веществ и может найти применение в сельском хозяйстве. Сущность изобретения состоит в обработке исходного субстрата аммиачным реагентом и последующим наложением энергетического воздействия при условиях, обеспечивающих комплексование активных групп субстрата, контролируемых методом ИК-спектрометрии. Полученный продукт может быть использовано для окультирования и /или/ рекультивации непригодных к земледелию почв, а также в качестве органического удобрения длительного действия для всех почвенно-климатических регионов и сельскохозяйственных культур. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2014314
Класс(ы) патента: C05F11/00, C05F3/00
Номер заявки: 5043215/15
Дата подачи заявки: 22.05.1992
Дата публикации: 15.06.1994
Заявитель(и): Ионенко В.И.; Самойлов В.П.; Цуранов Л.А.
Автор(ы): Ионенко В.И.; Самойлов В.П.; Цуранов Л.А.
Патентообладатель(и): Ионенко Владимир Иванович
Описание изобретения: Изобретение относится к технологии получения удобрений из органических веществ/ в том числе отходов и может найти применение в сельском хозяйстве при переработке лигнина/ торфа/ отходов гидролизно-дрожжевой промышленности/ навоза/ куриного помета и т.п.
Известен способ получения сложных органических удобрений из лигнина и торфа путем обработки их химическими реагентами с целью обогащения исходного субстрата различными питательными веществами (NRK) (3-ка Франции N 2234245/ опубл. 1975 г.).
Недостаток удобрений/ получаемых по данному способу/ состоит в том/ что лигнин в них (или торф) выступают в роли носителя тех минеральных питательных веществ/ которые составляют добавку/ Такие удобрения находят ограниченное применение т.к. не имеют преимущества перед обычными минеральными удобрениями.
Известен способ получения органо-минерального удобрения из торфа смешиванием его с минеральными солями/ гранулированием и сушкой (а.с. N 1167174/ опубл. 1975 г). С целью повышения биологической активности и удобрений торф предварительно обрабатывают водным раствором аммиака и перекиси водорода.
Недостатком данного способа является то/ что вследствие "мягкого" окисления органики происходит/ преимущественно/ образование полифенолов/ альдегидов и органических кислот/ что существенно снижает агрономическую ценность такого удобрения/ т.к. оно может найти себе применение на почвах с высоким содержанием карбонатов/ способных нейтрализовать эти кислоты.
Известны способы получения удобрений с целью утилизации лигнина путем смешивания последнего с различными органическими и минеральными добавками (а. с. N 1261936/ опубл. 1986 г)/ з-ка Польши N 251405/ опубл. 1985 г. з-ка Японии N 57-15070/ опубл. 1982 г). При этом/ в случае использования гидролизного лигнина/ содержащего избыток серной кислоты/ проводят его нейтрализацию различными реагентами: природными карбонатами (а.с. N 1511253/ опубл. 1989 г.)/ отходом производства искусственного волокна-цинкового шлама (а.с. N 1182018/ опубл. 1985 г.).
Недостаток этих известных способов состоит в том/ что в таких удобрениях каждый компонент смеси "работает" сам по себе/ а лигнин/ как правило/ не участвует в процессе формирования гумуса из-за несбалансированности протонно-апротонного катализа/ т.е. кислотность полифенолов и органических кислот (продуктов распада органики) не компенсируется ионами-комплексообразователями/ играющими роль апротонного катализатора.
Известен также способ получения сложного удобрения/ включающий аммонизацию гидролизного лигнина газообразным аммиаком/ предварительно подвергая его хлорированию (а.с. N 591444/ опубл. 1978 г).
Недостатком данного способа является то/ что в полученном продукте аммонийный азот быстро нитрофицируется (в считанные дни)/ что ведет либо к перенитрачиванию продукции/ либо к вымыванию нитратов в почвах с промывным режимом в зависимости от количества осадков. Кроме того/ образующиеся в результате обменной реакции хлориды ухудшают качество получаемого продукта.
Ближайшим аналогом предложенному изобретению по технической сущности является способ получения органического удобрения на основе бурого угля.
Сущность способа заключается в следующем. Бурый уголь обрабатывают аммиаком при 20-30°С под воздействием ультразвуковых колебаний частотой 15-20 кГц. В раствор из бурого угля переходит до 96/0 % гуминовых кислот в виде растворимых в воде гуматов аммония.
Недостатком данного способа является невысокое качество получаемого продукта вследствие образования высокоподвижных гуматов аммония с высокой степенью диссоциации в щелочной среде/ создаваемой аммиаком. В почве такие соединения легко вступают в реакцию с катионами кальция/ магния/ железа и т.д. с образованием нерастворимых мыл.
Целью настоящего изобретения является получение органических удобрений с принципиально новой молекулярной структурой/ приближающимися по своим свойствам к гумусу.
Поставленная цель достигается тем/ что в способе получения органических удобрений из твердых или пастообразных органических веществ/ включающем обработку аммиачным реагентом и дальнейшее проведение процесса при энергетическом воздействии/ процесс ведут в электрическом поле при температуре кипения и удельной энергии такой величины (кулон/кг)/ которая обеспечивает связывание в субстрате активных групп в комплексы с получением готового продукта/ определяемого спектроскопическим методом. Аммиачный реагент берут в количестве не менее 5 мас. % в пересчете на азот от массы готового продукта.
Укаазанные отличия позволяют получить удобрения/ основу которого составляют замкнутые макроциклические молекулярные структуры фрагментов природных биополимеров (лигнин/ полисахариды/ белки)/ связанные координационными связями с переходными и щелочноземельными металлами через активные окси- и аминогруппы. Такие комплексы/ согласно современным представлениям о структуре гумуса/ являются его основной и обеспечивают наличие всех полезных свойств у природного гумуса.
Сущность способа заключается в следующем. Природные органические вещества/ например/ торф/ лигнин/ навоз/ куриный помет и т.д. смешивают предварительно с аммиачным реагентом-аммиачной водой в таком количестве/ чтобы обеспечить содержание в готовом продукте азота не менее 5 мас. %. В случае обработки субстрата/ изначально содержащего аммонийный азот его содержание доводят до 5 мас. % соответственно меньшей концентрацией аммиачного реагента. Полученный субстрат помещают в межэлектродное пространство и пропускают постоянный электрический ток такой величины/ которая обеспечивает связывание активных групп в субстрате за заданное технологической целесообразностью время. Вследствие прохождения электрического тока температура повышается до 100°С/ т.е. до температуры кипения и протекает процесс комплексования: активные органические соединения/ такие как фурфурол и полифенолы дезактивируются/ связываясь в комплексы/ и не оказывают уже в таком виде вредного влияния на рост и развитие растений.
По такому же механизму инактивируются содержащиеся в исходном сырье органические кислоты/ ферменты/ азот и серусодержащие гетероциклические соединения в частности индол и скаттол/ вследствие чего обработанный навоз/ даже свиной/ утрачивает неприятный запах. Связывание активных групп контролируется исчезновением соответствующих пиков на ИК- спектрах/ что свидетельствует о степени готовности получаемого продукта. Одновременно за счет высокой температуры происходит стерилизация субстрата/ т.е. погибают семена сорняков (в случае/ если они есть в исходном сырье) и яйца гельминтов/ зачастую содержащиеся в навозе. В образующихся комплексах амино-группы обращены внутрь циклического комплекса и таким образом защищены гидрофобной оболочкой от атак микроорганизмов. Далее циклические комплексы/ подобно контурам/ ориентируются в электрическом поле и объединяются в ансамбли/ образуя трубкообразные ассоциаты. При достаточно больших диаметрах такого ассоциата внутри него всегда присутствует конституционная вода (как минимум гидратная облочка иона)/ недоступная для испарения/ но доступная для растений после ферментативного разрушения комплекса. Это имеет большое значение при использовании получаемых удобрений в засушливых южных районах/ а также на песчаных почвах/ слабоудерживающих воду.
Пример 1 (получение удобрения). Сырье - гидролизный лигнин смачивали предварительно аммиачной водой из расчета 5 % от массы готового продукта в пересчете на азот или 10 мас. % на массу исходного сырья. Для этого на 1 кг лигнина приготовили 3/5 7 % аммиачной воды/ что соответствует полной влагоемкости сырья Смоченный лигнин поместили в емкость прямоугольной формы (можно и любой иной) из диэлектрического материала/ например винипласта толщиной 10 мм. Днище и крышка емкости выполнены из низкоуглеродистой стали. Крышка свободно входит в емкость и одновременно уплотняет субстрат/ обеспечивая необходимый контакт между электродами и субстратом. Слой лигнина составлял 50 мм. На днище и крышку подавали постоянный ток силой 10а в течение 10 мин. за это время из анода выделилось в виде ионов 1/6 г железа/ что обеспечило полное подавление пиков активных групп исходного субстрата/ что было зафиксировано на ИК-спектрах полученного продукта.
Внешний вид - гуминоподобное вещество темно-бурого цвета/ практически без запаха. Влажность - 30-40 мас.%.
Полученное удобрение подвергали испытанию в вегетационных опытах (см. ниже пример N 2).
Обоснование количества аммиачного реагента/ необходимого для амминирования исходного субстрата поясняется экспериментальным графиком/ представленным на фиг.1.
Экспериментальные исследования/ проведенные на опытной установке показали/ что процесс амминирования субстрата протекает по механизму ленгмюровской сорбции (см. фиг.1). Как видно из этого графика кривая имеет вначале индукционный период/ связанный с нейтрализацией серной кислоты. Амминирование органики при этом не происходит. Свыше 10 мас.% - кривая выходит на плато и дальнейшее увеличение концентрации аммиака не вызывает заметного увеличения содержания азота в органическом веществе. Таким образом концентрация 10 % является оптимальной.
При выборе силы тока и времени обработки установлено/ что оптимизировать следует интегральную характеристику - количество электричества на единицу массы исходного субстрата. Экспериментально установлено/ что эта величина связана с подавлением пиков активных групп полифенола и фурфурола на ИК-спектрах - вееществ/ тормозящих рост и развитие растений. Динамика такого подавления в зависимости от количества электричества представлена экспериментальными данными на фиг.2. Как видно из представленных спектров при Q= 5,3 кулон/г фенольные пики на спектре исчезают/ что является признаком готовности продукта.
Характеристика полученного продукта.
Для оценки качества полученного продукта из отходов гидролизно-дрожжевого производства т.н. гидролизного лигнина применяли методику ИК -спектрального анализа в сравнении с известным на мировом рынке вермикулитными гумусом/ получаемым с помощью культуры калифорнийского червя. Спектры исходного субстрата/ полученного продукта и вермикулитного гумуса представлены на фиг.2. Как видно из этих спектров пики активных групп фенолов 1 подавлены и значительно меньше/ чем в вермикулитном гумусе. Заметно снизился пик альдегидов и органических кислот 2/ что главным образом связано с комплексованием и дезактивацией фурфурола - вещества для растений достаточно вредного. Заметно снизился пик альдегидов и органических кислот 2/ что главным образом связано с комплексованием и дезакцивацией фурфурола - вещества для растений достаточно вредного. Заметно вырос пик/ связанный с концентрацией аминов 3. И наконец/ в продукте отсутствует пик 4 соответствующий кетонам - продуктам дезаминирования белков/ иначе говоря/ трупынм ядам. Последний опасен т.к. может переходить в растения.
Для проверки агрономически полезных свойств в Украинском НИИ почвоведения и агрохимии были проведены сравнительные испытания в вегетационных опытах. Результаты этих испытаний приведены ниже/ в примере N 2.
Пример N 2 (применение удобрения). Полученный продукт смешивали с чистым промытым речным песком в соотношении 3 % объемных к массе песка 3 кг. Опыт проводился в сосудах из химически инертного стекла с дренажной прослойкой в нижней части сосудов и сбором влаги/ прошедшей через сосуд. Для опыта были взяты следующие почвенные композиции: 1. Песок (контроль). 2. Песок + сапропель 3 % об./ 3. Песок + сапропель амминированный 3 % об./ 4. Песок + лигнин 3 % об./ 5. Песок + полученный продукт 3 % об. 6. Чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый (6 мас. % гумуса). 7.Дерново-подзолистая почва. 8. Песок + вермикулитный гумус (3 % об.).
Прирост массы гороха сорт "Харьковский -29" по сравнению с контролем и дерново-подзолистой почвой составил соответственно (мг/сосуд); Песок + полученный продукт - 155 и 228; Песок - сапропель амминированный - 134 и 207; Чернозем обыкновенный (6 % гумуса) - 150 и 223; Песок + вермикул.гумус - 154 и 230.
На основании приведенных данных можно сделать заключение/ что урожай гороха на песке с продуктом 3 % об. соответствует урожаю на высокогумуссированном черноземе и что продукт по агрополезным свойствам не уступает вермикулитному гумусу. Это в оптимальных гидротермических условиях. В условиях искусственно созданной засухи растения в опытах N 1/2/3/4/7 погибли/ в опытах N 6 и 8 выглядели угнетенными и приостановили рост и развитие и только в опыте N 5 засуха не оказала заметного влияния на состояние растений. В тех же опытах установлено/ что в варианте N 5 в течение трех полных вегетаций получается стабильный урожай.
Таким образом полученное органическое удобрение по своим свойствам не уступает вермикулитному гумусу.
Пример 3 (инициация и катализ процесса гумусообразования). Для проверки способности полученного продукта инициировать и катализировать природный процесс гумусообразования были проведены опыты по компостированию навоза крупного рогатого скота (КРС) с добавкой полученного продукта. Опыты проводились в таких вариантах : 1. Навоз КРС (контроль); 2. Навоз + продукт (3: 1); 3. Навоз + продукт (1:1); 4. Навоз + продукт/ перенасыщенный ионами железа (1:1). Обычное содержание привнесенного железа в продукте составляет 1/5-1/7 г/кг продукта. В перенасыщенном железом продукте его содержание было искусственно поднято до 6 г/кг продукта. Опыты проводились методом изолированных проб в мешочках из стеклоткани с навеской каждой пробы по 1 кг. Мешочки закапывались в бурт/ где выдерживались с мая по октябрь. По окончании процесса содержимое каждой пробы анализировалось на содержание гумусовых веществ по стандартной методике Кононовой - Бельчиковой. При этом выход гуминовых веществ составил в % по отношению к массе взятого в пробе навоза : 1 вариант - 14 мас.%; 2 вариант - 38 мас.%; 3 вариант - 61 мас. %; 4 вариант - 85 мас.%.
Вывод из этих опытов - продукт способен значительно увеличить выход гумусовых веществ из органических перегнивающих субстратов. Результаты хорошо согласуются с современными представлениями о кинетике гумификации как об автокаталитическом процессе/ в котором выход гумусовых веществ определяется концентрацией центров - зародышей процесса. Последние привносятся в виде готовых комплексов и ионов железа.
На основании приведенных экспериментальных данных выявлены следующие преимущества полученного продукта в сравнении с известными органическими удобрениями/ а именно: 1. Эффективно и длительно удерживает влагу; 2. Обеспечивает устойчивые урожаи на протяжении минимум трех лет в засушливых условиях; 3. Инициирует и катализирует процесс образования гумусного горизонта почв; 4. Снижает теплопроводность почвы/ защищая семена и проростки от резких колебаний температуры; 5. Обеспечивает экологическую чистоту получаемой сельскохозяйственной продукции.
По сравнению с вермикулитным гумусом продукт; 1. Стандартен по физико-химическим свойствам; 2. Имеет малую длительность процесса получения (весь цикл занимает не более 15 мин/ в то время как переработка субстрата калифорнийским червем занимает месяцы); 3. Совершенно стерилен; 4. Высокотехнологичен/ что позволяет направленно изменять его свойства путем изменения параметров процесса и введением различных добавок.
Данный способ не требует сложного аппаратурного оформления и больших энергозатрат/ перспективен и решает одновременно две задачи; а) получение ценного органического удобрения/ обладающего свойствам и эффективного мелиоранта/ пригодного для любой почвы; б) проблему утилизации отходов с использованием такого бросового или экологически опасного сырья как лигнин/ свиной навоз и т.п.
Просим присвоить полученному продукту название "мелиорант Украина" под которым он проходил испытания в вегетационных опытах.
Формула изобретения: 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА РАСТИТЕЛЬНОГО ИЛИ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ, включающий смешивание его с аммиачным реагентом и последующую обработку при энергетическом воздействии, отличающийся тем, что обработку ведут в поле электрического тока при температуре кипения и удельной энергии, обеспечивающей связывание активных групп органического материала в комплексы, до полного связывания активных групп, фиксируемого спектрографическим методом.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что аммиачный реагент берут в количестве, обеспечивающем содержание аммиачного азота в органическом материале не менее 5 мас.% в пересчете на азот от массы готового продукта.