RU2514715C1 - Method of production of structured peat-sapropelic concentrate - Google Patents

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: method of production of structured peat-sapropelic concentrate comprises cavitational dispergating of humate-containing agent using an alkaline solution of potassium hydroxide, at that in a moving stream of water the fragmented peat with a particle size of not more than 5 mm, as well as putrid mud, potassium hydroxide, white mud is fed. All the components are taken at a certain ratio. The resulting solution is subject to cavitational dispergating to temperature of 90°C.

EFFECT: invention enables to simplify the method of preparation of high-quality organo-mineral complex fertiliser, to reduce the energy consumption of the process while increasing its ecological compatibility.

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для получения концентрата на основе смеси торфа и сапропеля как готового продукта, применяемого для удобрения почв.The invention relates to agriculture and can be used to obtain a concentrate based on a mixture of peat and sapropel as a finished product used for fertilizing soils.

Использование гуминовых веществ - торфа и сапропеля для стимулирования почв известно. Как торф, так и сапропель известны как наполнители минерально-биоорганической добавки для роста и развития растений (RU, 2205816, опубл. 10.06.2003 г.) [2]. Добавка содержит ассоциацию микроорганизмов Syncephalastrum racemosum, Arthrobacter simplex, Erwinia species, макро- и микроэлементы минерального питания растений и от 60% наполнителя в пересчете на сухую биомассу. Причем в качестве наполнителя известной добавки, помимо торфа и сапропеля, используют растворимые минеральные соли, переспевший навоз, фосфоритовую или доломитовую муку. Добавка способствует достижению сбалансированного питания растений, эффективному усвоению растениями питательных веществ и соответственно повышению урожайности.The use of humic substances - peat and sapropel to stimulate soils is known. Both peat and sapropel are known as fillers of mineral-bioorganic additives for plant growth and development (RU, 2205816, publ. 06/10/2003) [2]. The additive contains the association of microorganisms Syncephalastrum racemosum, Arthrobacter simplex, Erwinia species, macro-and micronutrients of plant mineral nutrition and from 60% of the filler in terms of dry biomass. Moreover, in addition to peat and sapropel, soluble mineral salts, overripe manure, phosphorite or dolomite flour are used as a filler of a known additive. The supplement helps to achieve a balanced nutrition of plants, the effective absorption of nutrients by plants and, accordingly, increase productivity.

Известен продукт для улучшения свойств почвы (RU, 2407724, публ. 27.12.2010 г.) [1], содержащий измельченный сухой торф и свежий, только что вынутый из сапропелевой залежи сапропель, представляющий собой устойчивый коллоид в виде геля, частицы которого имеют размер менее 1 микрона. За счет малости размера частиц сапропель обладает большой адсорбционной способностью. Активная поверхность частиц 1 см³ сапропеля может составлять до 600 м², поэтому они сильно взаимодействуют с молекулами воды. Торф для получения продукта [1] измельчают до 250 мк, что в несколько десятков раз увеличивает его суммарную поверхность. Продукт получают в виде гранул, каждая из которых содержит 40-70 мас.% торфа и 30-60 мас.% сапропеля. Гранулы получают следующим образом. На движущийся на транспортере сухой измельченный торф из насадок дозированно подают по капле сапропель естественной влажности. Торфяная крошка окружает каплю сапропеля, впитывая влагу, образуя гранулу, ядро которой выполнено из сапропеля, а внешняя оболочка - из торфа. Для изготовления гранул с ядром из торфа на транспортер тонким слоем подают влажный сапропель, а из насадок дозированно-торфяную крошку. При попадании торфяной крошки в сапропель торф впитывает влагу сапропеля, а частицы глины и песка, имеющиеся в сапропеле естественной влажности, обволакивают торфяную крошку, образуя гранулу с ядром из торфа и внешней оболочкой из частиц песка и глины сапропеля. Однако, во-первых, измельченный до 250 мкм торф представляет собой взрывоопасную пыль, во-вторых, получение гранул заявленным способом вряд ли возможно осуществить на практике, т.к. вместо обволакивания сапропелем торфяной крошки будет происходить прилипание части торфа к каплям сапропеля.A known product for improving soil properties (RU, 2407724, publ. 12/27/2010) [1], containing crushed dry peat and fresh sapropel freshly removed from the sapropel deposit, which is a stable colloid in the form of a gel, the particles of which are sized less than 1 micron. Due to the small particle size, sapropel has a large adsorption capacity. The active surface of particles of 1 cm ^{3 of} sapropel can be up to 600 m ² , so they interact strongly with water molecules. Peat is ground to 250 microns to obtain the product [1], which increases its total surface several tens of times. The product is obtained in the form of granules, each of which contains 40-70 wt.% Peat and 30-60 wt.% Sapropel. Granules are prepared as follows. On a dry shredded peat moving on a conveyor, sapropel of natural moisture is dosed drop by drop from the nozzles. Peat crumb surrounds a drop of sapropel, absorbing moisture, forming a granule, the core of which is made of sapropel, and the outer shell is made of peat. For the manufacture of granules with a kernel from peat, wet sapropel is fed to the conveyor in a thin layer, and metered peat crumb from nozzles. When peat chips fall into sapropel, peat absorbs sapropel moisture, and the clay and sand particles present in the sapropel of natural moisture envelop the peat crumb, forming a granule with a core of peat and an outer shell of sand and clay particles of sapropel. However, firstly, peat milled to 250 μm is an explosive dust, and secondly, it is hardly possible to produce granules by the claimed method in practice, because instead of enveloping peat chips with sapropel, part of peat will adhere to sapropel drops.

Известна торфо-сапропелевая смесь для стимулирования образования почвы (RU, 2408562, опубл. 10.01.2011 г.) [3]. Смесь содержит 42% сапропеля, 31% торфа, а также 22% глауконита и 5% - диатомита в качестве добавок. В известной смеси сапропель обеспечивает формируемую почву органическими гуминовыми соединениями за счет устойчивого роста природных бактерий, торф же обеспечивает рыхлость формируемого грунта и вводит в почву природную органику в качестве питательной среды для растений. Глауконит служит природным калийным удобрением и влагоудерживающим веществом, диатомит является связывающим материалом, предотвращающим рассыпание почвы и вынос ее выветриванием. Однако для того, чтобы эта смесь начала работать, необходимо создать следующие условия: глауконит необходимо активировать, а торф - раскислить. При высыхании эту смесь очень трудно растворить, а внесение сухой смеси желаемого эффекта не даст.Known peat-sapropel mixture to stimulate the formation of soil (RU, 2408562, publ. 10.01.2011) [3]. The mixture contains 42% sapropel, 31% peat, as well as 22% glauconite and 5% diatomite as additives. In the known mixture, sapropel provides the formed soil with organic humic compounds due to the steady growth of natural bacteria, peat provides the looseness of the formed soil and introduces natural organic matter into the soil as a nutrient medium for plants. Glauconite serves as a natural potash fertilizer and water-retaining substance, diatomite is a binding material that prevents the spreading of soil and the removal of its weathering. However, in order for this mixture to start working, it is necessary to create the following conditions: glauconite must be activated, and peat must be deoxidized. When dried, this mixture is very difficult to dissolve, and the introduction of a dry mixture will not give the desired effect.

Известен способ получения активированных органоминеральных удобрений из торфа, бурого угля и подобных растительных отложений, включая сапропель (RU 2350587, опубл. 27.03.2009 г.) [4]. Способ основан на кавитационном диспергировании гуматосодержащих веществ с последующим дополнительным введением микроэлементов и заключается в том, что предварительно приготавливают смесь раствора щелочи с рН не менее 12 с гуматосодержащим веществом, после чего производят кавитационное диспергирование воздействием ультразвуковым излучением из расчета удельной мощности 1-4 Вт на 1 см³ зоны обработки смеси в течение 5-15 мин. Затем добавляют в эту смесь фосфорную кислоту в количестве, обеспечивающем снижение рН до 2-1, обрабатывают этот раствор ультразвуковым излучением тех же параметров в течение того же диапазона времени. После этого полученный раствор смешивают со щелочью в количестве, обеспечивающем нейтрализацию раствора до рН 7-7,5, и вводят в полученное жидкое гуминовое удобрение питательные микроэлементы. Для более эффективного выделения гуминовых веществ из органического сырья используют едкий калий (КОН) и ортофосфорную кислоту (H₃PO₄). Едкий калий, введенный в торф или сапропель с рН раствора не менее 12, обеспечивает калийную составляющую известного удобрения. Кавитационное диспергирование воздействием ультразвуковым излучением производится в два приема: сначала щелочного и гуматосодержащего вещества, а затем щелочного раствора гуматосодержащих вещества и фосфорной кислоты в режиме, обеспечивающем нагрев смеси до температуры не более 60-70°С.A known method of producing activated organic fertilizers from peat, brown coal and similar plant deposits, including sapropel (RU 2350587, publ. 03/27/2009) [4]. The method is based on cavitation dispersion of humate-containing substances with the subsequent additional introduction of microelements and consists in preliminarily preparing a mixture of an alkali solution with a pH of at least 12 with a humate-containing substance, and then cavitational dispersion by exposure to ultrasonic radiation is carried out based on the specific power of 1-4 W per 1 cm ³ zones of processing the mixture for 5-15 minutes Then, phosphoric acid is added to this mixture in an amount that ensures a decrease in pH to 2-1, the solution is treated with ultrasonic radiation of the same parameters for the same time range. After this, the resulting solution is mixed with alkali in an amount that ensures neutralization of the solution to a pH of 7-7.5, and micronutrients are introduced into the obtained liquid humic fertilizer. For more efficient isolation of humic substances from organic raw materials, caustic potassium (KOH) and phosphoric acid (H ₃ PO ₄ ) are used. Caustic potassium introduced into peat or sapropel with a solution pH of at least 12 provides the potassium component of the known fertilizer. Cavitation dispersion by ultrasonic radiation is carried out in two steps: first, an alkaline and humate-containing substance, and then an alkaline solution of a humate-containing substance and phosphoric acid in a mode that ensures the mixture is heated to a temperature of no more than 60-70 ° C.

Известный способ характеризуется сложностью, многостадийностью, энергоемкостью, кроме того, он неэкологичен. Использование раствора щелочи с рН не менее 12, введение фосфорной кислоты до снижения рН до 2-1, повторное введение раствора щелочи после первичной кавитационной обработки смеси гуматосодержащего вещества с щелочным раствором, для нейтрализации смеси до рН 7,0-7,5 относится к сложным технологическим процессам, а также требует коррозионностойкого оборудования и защиту персонала от вредного воздействия агрессивных веществ. Двойное кавитационное диспергирование: сначала щелочного и гуматосодержащего вещества, а затем - щелочного раствора гуматосодержащего вещества и фосфорной кислоты не только усложняет процесс получения удобрения, но и повышает его энергоемкость. Кроме того, в продукт, полученный после вторичного кавитационного диспергирования, вводят питательные микроэлементы.The known method is characterized by complexity, multi-stage, energy consumption, in addition, it is not environmentally friendly. The use of an alkali solution with a pH of at least 12, the introduction of phosphoric acid to reduce the pH to 2-1, the repeated administration of an alkali solution after the initial cavitation treatment of a mixture of a humate-containing substance with an alkaline solution, to neutralize the mixture to a pH of 7.0-7.5 is difficult technological processes, and also requires corrosion-resistant equipment and personnel protection from the harmful effects of aggressive substances. Double cavitation dispersion: first, an alkaline and humate-containing substance, and then an alkaline solution of a humate-containing substance and phosphoric acid not only complicates the process of producing fertilizer, but also increases its energy intensity. In addition, micronutrients are introduced into the product obtained after secondary cavitation dispersion.

Задачей заявляемого способа является упрощение способа получения высококачественного органоминерального комплексного удобрения, снижение энергоемкости процесса при повышении его экологичности.The objective of the proposed method is to simplify the method of obtaining high-quality organomineral complex fertilizers, reducing the energy intensity of the process while increasing its environmental friendliness.

Для решения поставленной задачи способ получения структурированного торфо-сапропелевого концентрата включает кавитационное диспергирование гуматосодержащего вещества при использовании раствора щелочи едкого калия, при этом в движущийся поток воды подают торфяную крошку с размером частиц не более 5 мм, сапропель, едкий калий, белый шлам при соотношении в мас.%: торфяная крошка (14-16), сапропель (1,2-1,5), едкий калий (0,5-0,6), белый шлам (0,1-0,15), вода - остальное, полученный раствор подвергают кавитационному диспергированию до температуры 90°С.To solve this problem, a method of obtaining a structured peat-sapropelic concentrate involves cavitational dispersion of a humate-containing substance using a solution of caustic potassium alkali, while peat chips with a particle size of not more than 5 mm, sapropel, caustic potassium, white sludge at a ratio of wt.%: peat crumb (14-16), sapropel (1.2-1.5), potassium hydroxide (0.5-0.6), white mud (0.1-0.15), water - the rest , the resulting solution is subjected to cavitation dispersion to a temperature of 90 ° C.

В заявленном способе гуматосодержащим веществом является торфяная крошка с размером частиц не более 5 мм в сочетании с небольшим количеством сапропеля. Торф при этом предпочтителен низинный, с высокой степенью разложения. Едкий калий в заявленном количестве вводится в водный раствор смеси торфа и сапропеля для обеспечения рН 7 раствора. Количество воды обусловлено должным истечением по трубопроводу торфо-сапропелевой пасты, необходимым для ее эффективного растворения и сокращения времени нагрева. Белый шлам, химический состав которого содержит оксиды алюминия, кремния, натрия, железа титана, магния, серы, марганца и в минимальном количестве других компонентов, известен, как кормовая добавка в рацион крупного рогатого скота. В заявленном способе этот компонент, проявляя адсорбционные и ионообменные свойства, выполняет функцию катализатора физико-химических процессов. Процесс идет в одном аппарате при одностадийном кавитационном воздействии. Температура процесса выбрана из условий максимального выхода растворенных гуматов без применения специального, работающего под давлением оборудования, которое потребовалось бы для работы при температуре свыше 90°С. В результате получают готовый структурированный концентрат, не требующий введения дополнительных питательных микроэлементов, который за счет действия гуминосодержащих веществ - торфа и сапропеля, а также микроэлементов белого шлама оказывает ростостимулирующее действие на растения, не стимулируя при этом развитие патогенной инфекции в период роста растений.In the inventive method, the humate-containing substance is peat chips with a particle size of not more than 5 mm in combination with a small amount of sapropel. Peat is preferably lowland, with a high degree of decomposition. Caustic potassium in the declared amount is introduced into an aqueous solution of a mixture of peat and sapropel to ensure a pH of 7 solution. The amount of water is due to the proper outflow of peat-sapropel paste through the pipeline, which is necessary for its effective dissolution and reduction of heating time. White sludge, the chemical composition of which contains oxides of aluminum, silicon, sodium, iron, titanium, magnesium, sulfur, manganese and a minimum amount of other components, is known as a feed additive in the diet of cattle. In the claimed method, this component, exhibiting adsorption and ion-exchange properties, performs the function of a catalyst in physicochemical processes. The process takes place in one apparatus with a single-stage cavitation exposure. The process temperature is selected from the conditions for the maximum yield of dissolved humates without the use of special pressure equipment that would be required to operate at temperatures above 90 ° C. The result is a ready-made structured concentrate that does not require the introduction of additional micronutrients, which, due to the action of humic substances - peat and sapropel, as well as microelements of white sludge, have a growth-promoting effect on plants, without stimulating the development of a pathogenic infection during plant growth.

Для реализации заявленного способа используют:To implement the claimed method using:

- Торф с торфяного месторождения Замараевское II №744 по справочнику и карте административной единицы г. В-Пышма Свердловской области;- Peat from the peat deposit Zamaraevskoye II No. 744 according to the directory and map of the administrative unit of the city of V-Pyshma, Sverdlovsk region;

- Сапропель (озеро Березовское), содержащий 85% органических веществ, 15% - минеральных веществ;- Sapropel (Lake Berezovskoe), containing 85% of organic substances, 15% - of mineral substances;

- Белый шлам Богословского алюминиевого завода (АО «БАЗ»), имеющий химический состав: Al₂O₃ - 28-30%; SiO₂ - 22-25%; Na₂O - 16-18%; Fe₂O₃ - 5÷6%; TiO₂ - 0,7; MgO - 0,1÷0,2; S - 0,2-0,4%; MnO - 0,04%, а также никель, свинец, цинк, медь, кобальт, молибден, хром, кадмий - менее 0,04%;- White sludge from the Bogoslovsky aluminum smelter (BAZ JSC), having the chemical composition: Al ₂ O ₃ - 28-30%; SiO ₂ - 22-25%; Na ₂ O - 16-18%; Fe ₂ O ₃ - 5 ÷ 6%; TiO ₂ 0.7; MgO - 0.1 ÷ 0.2; S - 0.2-0.4%; MnO - 0.04%, as well as nickel, lead, zinc, copper, cobalt, molybdenum, chromium, cadmium - less than 0.04%;

- Едкий калий.- Caustic potassium.

Способ осуществляли в кавитационном аппарате, представляющем собой пульсационный насос, рабочее колесо которого имеет внутреннюю полость, снабженную лопатками, и каналами, соединяющими полость с внешней боковой поверхностью колеса. На внешней боковой поверхности колеса имеется вихревой излучатель, в качестве которого на внешней боковой поверхности колеса выполнены тангенциальные, сужающиеся в направлении выхода жидкости, щелевидные каналы, которые относительно направления вращения ротора имеют передние и задние стенки, при этом на передних стенках со стороны выхода жидкости выполнена фаска.The method was carried out in a cavitation apparatus, which is a pulsation pump, the impeller of which has an internal cavity equipped with blades, and channels connecting the cavity with the outer side surface of the wheel. On the outer side surface of the wheel there is a vortex emitter, in the form of which tangential, narrowing in the direction of fluid exit, slit-like channels are made on the external lateral surface of the wheel, which have front and rear walls relative to the direction of rotation of the rotor, while chamfer.

Для приготовления 1 тонны концентрата использовали 820 л воды, 159 кг торфяной крошки с размером частиц 5 мм, 15 кг сапропеля, 5 кг. едкого калия, 1 кг белого шлама. Торфяную крошку готовили с использованием вибросита с ячейкой 5 мм. В бак-мешалку при комнатной температуре заливали воду и включали двигатель пульсационного насоса. В движущийся поток воды порциями подавали торфяную крошку. Через 10 минут после полной загрузки загружали сапропель. После 5 минут обработки смеси при скорости потока 12 м/с вводили едкий калий и далее, через 5-6 минут - белый шлам. Такая последовательность введения компонентов в воду предпочтительна, интервалы времени подбираются экспериментально. Смесь торфа, сапропеля и белого шлама подвергали кавитационной обработке до температуры 90°С. При вращении рабочего колеса обрабатываемая жидкотекучая среда поступает во внутреннюю полость колеса, где, взаимодействуя с рабочими лопатками, получает вращательное движение. Под действием центробежных сил поток среды получает значительное приращение радиальной скорости, зависящее от частоты вращения колеса и его диаметра. При движении по щелевидным каналам жидкотекучая среда получает дополнительное приращение скорости как за счет действия центробежных сил, так и за счет сужения поперечного сечения каналов. При выходе из каналов жидкотекучая среда за счет фаски направляет поток в сторону заданного вращением колеса движения.For the preparation of 1 ton of concentrate, 820 l of water, 159 kg of peat chips with a particle size of 5 mm, 15 kg of sapropel, 5 kg were used. caustic potassium, 1 kg of white sludge. Peat crumb was prepared using a vibrating screen with a 5 mm cell. Water was poured into the mixer tank at room temperature and the pulsation pump motor was turned on. Peat chips were fed in portions into a moving stream of water. 10 minutes after full loading, sapropel was loaded. After 5 minutes of processing the mixture at a flow rate of 12 m / s, caustic potassium was added and then, after 5-6 minutes, white slurry was introduced. This sequence of introducing the components into the water is preferable; the time intervals are selected experimentally. A mixture of peat, sapropel and white sludge was subjected to cavitation treatment to a temperature of 90 ° C. When the impeller rotates, the processed fluid flows into the inner cavity of the wheel, where, interacting with the working blades, it receives a rotational movement. Under the action of centrifugal forces, the medium flow receives a significant increment in radial velocity, depending on the frequency of rotation of the wheel and its diameter. When moving along slit-like channels, a fluid medium receives an additional velocity increment both due to the action of centrifugal forces and due to a narrowing of the cross section of the channels. When exiting the channels, a fluid medium, by means of a chamfer, directs the flow in the direction specified by the rotation of the wheel.

Дальнейшая трансформация исходных компонентов происходила за счет кавитационного воздействия в водно-щелочной среде, при гидромодуле 1:4 1:4,5. Последующий процесс брожения, дегазации, катализа и остывания до комнатной температуры проходил в промежуточной емкости в течение суток. Полученный структурированный торфо-сапропелевый концентрат является удобрением, готовым к использованию. Продукт испытан на посевах пшеницы сотра Ирень на площади 33 га, на посевах пшеницы сорта Горноуральская на площади 126 га, на посевах ячменя Сонет на плащади 84 га, овса сорта Памяти Балавина на площади 56 га и рапса сорта Липецкий на площади 60 га. При экстремальных погодных условиях отмечено, что на всех посевах не отмечалось визуальной задержки роста культурных растений, то есть достигнуто антистрессовое действие препарата. Отмечено хорошее развитие листового аппарата растений при низком поражении грибными инфекциями. Не отмечено удлинение вегетационного периода возделываемых сортов. Отмечена наибольшая эффективность на ячмене и рапсе. При этом способ изготовления продукта экологичен, практически одностадиен, осуществляется в одном аппарате, что положительно сказывается на его энергоемкости.Further transformation of the starting components occurred due to cavitation in a water-alkaline medium, with a hydraulic module of 1: 4 1: 4,5. The subsequent process of fermentation, degassing, catalysis and cooling to room temperature took place in an intermediate tank for a day. The resulting structured peat-sapropelic concentrate is a ready-to-use fertilizer. The product was tested on wheat crops sotra Iren 'on an area of 33 hectares, on wheat crops of Gornouralskaya variety on an area of 126 hectares, on crops of Sonnet barley on an area of 84 hectares, oats of Pamyatya Balavin variety on an area of 56 hectares and rapeseed of Lipetskiy variety on an area of 60 ha. Under extreme weather conditions, it was noted that in all crops there was no visual delay in the growth of cultivated plants, that is, the antistress effect of the drug was achieved. Good development of the leaf apparatus of plants with a low damage to fungal infections was noted. No lengthening of the growing season of cultivated varieties was noted. The highest efficiency on barley and canola was noted. Moreover, the method of manufacturing the product is environmentally friendly, almost one-stage, is carried out in one device, which positively affects its energy intensity.

Claims (1)

Способ получения структурированного торфо-сапропелевого концентрата, включающий кавитационное диспергирование гуматосодержащего вещества при использовании раствора щелочи едкого калия, отличающийся тем, что в движущийся поток воды подают торфяную крошку с размером частиц не более 5 мм, сапропель, едкий калий, белый шлам при соотношении в мас.% торфяная крошка 14-16, сапропель 1,2-1,5, едкий калий 0,5-0,6, белый шлам 0,1-0,15, вода - остальное, полученный раствор подвергают кавитационному диспергированию до температуры 90°С. A method of obtaining a structured peat-sapropelic concentrate, including cavitational dispersion of a humate-containing substance using a solution of caustic potassium alkali, characterized in that peat chips with a particle size of not more than 5 mm, sapropel, caustic potassium, white sludge are supplied in a moving stream of water at a ratio in wt. .% peat crumb 14-16, sapropel 1.2-1.5, potassium hydroxide 0.5-0.6, white sludge 0.1-0.15, water - the rest, the resulting solution is subjected to cavitation dispersion to a temperature of 90 ° FROM.