способ получения биоорганического удобрения

Формула изобретения

Способ получения биоорганического удобрения, включающий предварительное обустройство траншеи, закладку в нее исходных компонентов и их компостирование естественным способом при атмосферном давлении и положительной температуре воздуха, отличающийся тем, что предварительно дозируют исходные компоненты компостной смеси в заданных количествах, мас.%: табачная пыль - 40-60, почва (чернозем) - 20-40, торф низинный - 10-30, после чего их смешивают, полученную однородную смесь закладывают в траншеи, затем увлажняют до влажности 50-60%, компостирование осуществляют в течение 60-65 суток при среднесуточной температуре воздуха не ниже 15°С, при этом трижды отбирают образцы однородной компостной смеси и определяют в них содержание никотина, значение рН и целлюлозолитическую активность: перед закладкой компостной смеси в траншею, через 30-35 суток и в конце процесса компостирования смеси, а полученный целевой продукт является готовым биоорганическим удобрением для различных культур открытого грунта и одновременно сырьем для производства биогумуса и почвоудобрительных препаратов для защищенного грунта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии и может быть использовано для получения повышающих плодородие почв удобрений из табачных отходов методом компостирования.

В табачной промышленности при переработке табачного сырья в курительные изделия образуется свыше 13 тыс. тонн отходов, которые представляют собой некондиционную фарматуру (мелочь или крошку), жилку и пыль. Основную долю (до 83-87%) в структуре отходов составляет табачная пыль. Разработаны различные методы утилизации табачной пыли: бесполигонная - применение в качестве инсектицида, в качестве субстрата для удобрений или источника биоэнергии; и захоронение на специализированных полигонах (Филипчук О.Д. О проблеме утилизации табачных отходов. Журнал "Тобакко-Ревю", 2, 2008, с.44-47).

Использование табачной пыли в качестве удобрения возможно ввиду содержания в ее составе ряда ценных питательных элементов растений. Так, табачная пыль содержит азота 2-5%, фосфора 0,3-1% и калия 1-3%. Внесение табачной пыли в качестве органического удобрения в норме расхода 20-40 т/га, позволяет повысить урожайность озимой пшеницы и сахарной свеклы на 20-30%, без ухудшения качества продукции.

Недостатком указанного способа является его противоречие современным эколого-гигиеническим нормам и требованиям. Не допускается использование табачной пыли в неизменном виде, вследствие наличия в ней никотина - соединения, высокотоксичного для биоты и опасного для объектов окружающей среды (2 класс опасности, по классификации ВОЗ). Табачная пыль, внесенная в почву в неизменном виде, в течение одного вегетационного сезона разлагается незначительно, до 10%. Без полной деструкции в почве табачного отхода его очередное внесение недопустимо. В противном случае произойдет сильная интоксикация почвы, что приведет к быстрой гибели полезной биоты и деградации агроценоза.

Существуют и другие примеры применения табачной пыли в растениеводстве. Известна смесь для изготовления горшочков для выращивания рассады (RU 2379880 С). Горшочки из предлагаемой смеси изготавливают следующим образом. Компоненты смеси: табачную пыль, опилки, речной песок, навоз крупного рогатого скота (КРС), предварительно разведенный в воде в соотношении 1:1, помещают в специальные смесители, туда же добавляют минеральные удобрения в заданном количестве. В подготовленную массу при перемешивании добавляют воду. Перемешивание продолжают до получения однородной тестообразной массы влажностью 60-70%, и формуют горшочки.

Недостатком этого способа является то, что смесь, предлагаемая для рассадных горшочков, включает в себя компоненты (табачная пыль, опилки и навоз КРС), которые могут быть опасны для растений защищенного грунта, поскольку они применяются в неизменном виде. Кроме того, весь процесс разложения органического вещества, из которого состоит рассадный горшочек, происходит в присутствии растения (семена, проростки, рассада). А в процессе деструкции органики первоначально образуются токсичные для растений метаболиты, что может стать причиной их отравления и гибели, особенно в условиях закрытого ценоза, каким является защищенный грунт.

В настоящее время утилизация табачной пыли проводится в основном путем ее захоронения на полигонах твердых бытовых отходов (ТБО). Захоронение табачной пыли нежелательно, т.к. с одной стороны - это потеря ценного органического вещества, с другой - это источник экологической опасности. В связи с вступлением России во Всемирную Торговую Организацию (ВТО) уже вносятся изменения в природоохранное законодательство РФ. Полигоны ТБО будут принимать промышленные отходы только 4 класса опасности. Ужесточаются требования к утилизации отходов промышленности 1-3 класса опасности.

В связи с современными требованиями, теперь табачная пыль должна быть переработана до состояния нетоксичного отхода, а затем либо утилизирована, либо использована как вторичное сырье. Поэтому возникла необходимость в разработке и внедрении безопасных способов утилизации табачной пыли.

Альтернативой захоронению является компостирование или биокомпостирование отходов. Цель компостирования - снижение токсичности отхода и разложение органического материала до необходимых и доступных растениям питательных веществ. При этом получают высококачественный, безопасный продукт быстро и с наименьшими экономическими затратами.

Известно, что после получения конечного продукта в лесотехнической и пищевой промышленности остается большое количество органических отходов, которые, в большинстве случаев, отправляются на свалки и наносят непоправимый ущерб объектам окружающей среды, загрязняя их. Одним из наиболее простых способов переработки таких отходов является их ферментация аэробным способом, в процессе которой получают компосты (Неклюдов А.Д., Иванкин А.Н. Экологические основы производств. Взаимосвязь экологии, химии и биотехнологии. М.: МГУЛ, 2003, 365 с.)

Известен способ открытого компостирования органических отходов в буртах путем их конвективной аэрации (). Он заключается в приготовлении компостной смеси на открытой площадке, укладки смеси в бурты на поле, при этом в бурт устанавливают специальные воздуховоды, посредством которых производят конвективную аэрацию буртов. Это позволяет ускорить процесс ферментации и добиться более полного разложения без дополнительных энергетических затрат (не надо нагревать и нагнетать воздух). При хранении компостной смеси в течение 10 недель происходит ее ферментация. Через 10 недель получают компост, который отличается высоким содержанием гумусовых веществ, гуминовых кислот и лучшими физическими свойствами.

Недостатком данного способа является то, что компостирование проводится на открытой площадке в буртах, при этом продолжительность процесса ферментации удлиняется из-за разности температур: дневных и ночных, а также в нижней и верхней частях бурта, что влияет, в конечном счете, на качество получаемого органического удобрения.

Известен способ приготовления органического удобрения в виде компоста (RU № 2294911). Способ включает предварительную подготовку системы каналов гидроустройства, поочередное внесение в них послеспиртовой барды и растительных отходов. Послеспиртовая барда вносится до 1/3 высоты каналов. Массовое соотношение послеспиртовой барды к растительным отходам примерно равно 1:1. Далее укрывают смесь почвой. Сбраживание и разложение смеси осуществляют при атмосферном давлении и положительной температуре. При осуществлении способа используют горячую или охлажденную послеспиртовую барду.

Несмотря на то, что изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для приготовления компоста и использования его в качестве удобрения сельскохозяйственных культур, оно используется в районах производства спиртов для утилизации послеспиртовой барды и не предусматривает утилизацию табачной пыли.

Указанный способ является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, и мы принимаем его за прототип.

Техническим результатом является получение высококачественного биоорганического удобрения и сырья для производства биогумуса и почвоудобрительных препаратов путем использования табачной пыли, снижение себестоимости продукции за счет естественного процесса компостирования, полная детоксикация табачной пыли, безопасная утилизация основного отхода табачной промышленности, повышение плодородия и улучшение состояния почвы за счет применения экологически безопасного органического удобрения.

Технический результат достигается тем, что в способе получения биоорганического удобрения, включающем предварительное обустройство траншеи, закладку в нее исходных компонентов и их компостирование естественным способом при атмосферном давлении и положительной температуре воздуха, согласно изобретению предварительно дозируют исходные компоненты компостной смеси в заданных количествах, масс.%: табачная пыль - 40-60, почва (чернозем) - 20-40, торф низинный - 10-30, после чего их смешивают, полученную однородную смесь закладывают в траншеи, затем увлажняют до влажности 50-60%, компостирование осуществляют в течение 60-65 суток при среднесуточной температуре воздуха не ниже 15°С, при этом трижды отбирают образцы однородной компостной смеси и определяют в них содержание никотина, значение рН и целлюлозолитическую активность: перед закладкой компостной смеси в траншею, через 30-35 суток и в конце процесса компостирования смеси, а полученный целевой продукт является готовым биоорганическим удобрением для различных культур открытого грунта и одновременно сырьем для производства биогумуса и почвоудобрительных препаратов для защищенного грунта.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с известными из уровня техники позволяют сделать вывод, что предлагаемый способ обладает новизной и изобретательским уровнем, т.к. утилизируют табачную пыль (отходы табачной промышленности) путем естественного компостирования, причем в образцах компостной смеси трижды определяют содержание никотина, значение рН и целлюлозолитическую активность и получают безопасное биоорганическое удобрение, которое обладает бифункциональностью. Предлагаемый способ возможно осуществить в промышленных условиях.

Поскольку траншея находится ниже уровня почвы, то ее содержимое меньше подвержено влиянию неблагоприятных погодных условий. Обустроенная траншея на выделенном участке поля, как и почва, хорошо прогревается в дневное и медленно остывает в ночное время суток. Образуется своеобразный "термос", в котором создаются оптимальные условия для разложения табачной пыли и для естественного компостирования смеси.

Смешивание компонентов компостной смеси - табачной пыли, почвы (чернозема), низинного торфа в заданных количествах позволит получить высококачественное биоорганическое удобрение, содержащее достаточное и сбалансированное количество макро- и микро-питательных элементов, гумифицированных соединений, и не содержащее никотина и других вредных веществ и примесей.

Табачная пыль - натуральный растительный материал, содержащий азота - 2-5%, фосфора - 0,3-1%, калия - 1-3%. Введение табачной пыли в состав компостной смеси в количестве 40-60 масс.% дает возможность получить достаточное количество питательных элементов в доступной для растений форме, обеспечит микроорганизмы-деструкторы питательным субстратом, при этом позволит уменьшить количество опасного промышленного отхода и безопасно утилизировать его.

Введение почвы (чернозема) в количестве 20-40 масс.% в состав компостной смеси обеспечит ее микроорганизмами-деструкторами в достаточном количестве, приблизит значение рН к нейтральному, послужит "биоразбавителем" для уменьшения содержание никотина в табачной пыли и нейтрализации ее токсичности, что позволит получить высококачественное биоорганическое удобрение.

Введение низинного торфа в количестве 10-30 масс.% в состав компостной смеси, который послужит "биоразбавителем", уменьшит содержание никотина в табачной пыли и нейтрализует ее токсичность, усилит активность микроорганизмов-деструкторов, улучшит структуру компоста, что дает возможность повысить плодородие и улучшить состояние почвы при применении высококачественного биоорганического удобрения.

Смешивание и увлажнение проводят для равномерного распределения и взаимопроникновения компонентов, как основного условия для эффективного прохождения процесса компостирования. При этом быстрее происходит снижение токсичности табачной пыли из-за разложения никотина и преобразование отхода в питательные вещества. В результате повышается качество и безопасность целевого продукта.

Ведение процесса компостирования компонентов компостной смеси при атмосферном давлении и среднесуточной температуре воздуха не ниже 15°С позволит снизить себестоимость продукции за счет естественного процесса компостирования.

Процесс компостирования продолжается в течение 60-65 суток, поскольку это оптимальный период для преобразования промышленного отхода в биоорганическое удобрение. За этот период происходит разложение табачной пыли до нетоксичного отхода, исчезновение никотина, образование питательных элементов, адаптация микроорганизмов-деструкторов и увеличение их активности, что позволит получить высококачественное биоорганическое удобрение.

Определение в процессе компостирования компостной смеси содержание никотина, значение рН и целлюлозолитической активности позволит определить показатели безопасности и качества продукта. Целевой продукт должен иметь значение рН, близкое к нейтральному, не должен содержать никотин и подавлять активность микроорганизмов-деструкторов (целлюлозолитическая активность). Поэтому необходимо перед началом компостирования определить исходные параметры, затем в середине процесса (через 30-35 суток) проверить, как они изменяются и, наконец, определить их значение в целевом продукте, что позволит получить высококачественное биоорганическое удобрение.

Целевой продукт обладает бифункциональностью. Полученный целевой продукт является готовым биоорганическим удобрением и используется для различных культур открытого грунта. К биоорганическим удобрениям, используемым при выращивании растений в защищенном грунте, предъявляются более высокие требования по качеству, безопасности, а также по составу и доступности питательных элементов. Чтобы использовать целевой продукт в защищенном грунте его необходимо переработать с помощью известных способов в биогумус или почвоудобрительные препараты.

Приготовление почвоудобрительного препарата для защищенного грунта является предметом следующей заявки.

Способ получения биоорганического удобрения осуществляют следующим образом.

Предварительно на выделенном участке поля обустраивают траншею. Затем дозируют исходные компоненты компостной смеси в заданных количествах, мас.%: табачная пыль - 40-60, почва (чернозем) - 20-40, торф низинный - 10-30. После чего их смешивают. Полученную однородную смесь закладывают в траншеи. Затем увлажняют до влажности 50-60%. Компостирование осуществляют в течение 60-65 суток естественным способом при атмосферном давлении и среднесуточной температуре воздуха не ниже 15°С. При этом трижды отбирают образцы однородной компостной смеси и определяют в них содержание никотина, значение рН и целлюлозолитическую активность: перед закладкой компостной смеси в траншею, через 30-35 суток и в конце процесса компостирования смеси. Полученный целевой продукт является готовым биоорганическим удобрением для различных культур открытого грунта и одновременно сырьем для производства биогумуса и почвоудобрительных препаратов для защищенного грунта.

Нижеследующие примеры поясняют сущность предлагаемого изобретения.

Пример 1. Предварительно на выделенном участке поля обустраивают траншею длиной - 100-150 м, шириной - 1,3-1,5 м и глубиной - 0,5-0,6 м. Затем дозируют исходные компоненты компостной смеси в заданных количествах, масс.%: табачная пыль - 40, почва (чернозем) - 30, торф низинный - 30. После чего их смешивают. Полученную однородную смесь закладывают в траншеи. Затем увлажняют до влажности 60%. Компостирование осуществляют в течение 65 суток естественным способом при атмосферном давлении и среднесуточной температуре воздуха не ниже 15°С. При этом трижды отбирают образцы однородной компостной смеси и определяют в них содержание никотина, значение рН и целлюлозолитическую активность: перед закладкой компостной смеси в траншею содержание никотина составляет - 0,80%, значение рН - 6,5, целлюлозолитическая активность - 22%; через 30 суток содержание никотина составляет - 0,08%, значение рН - 4,5, целлюлозолитическая активность - 42%; и в конце процесса компостирования смеси содержание никотина составляет - 0,00%, значение рН - 4,5, целлюлозолитическая активность - 50%. Полученный целевой продукт является готовым бирорганическим удобрением для всех культур, предпочитающих кислую реакцию почвы. Одновременно он служит сырьем для производства биогумуса и почвоудобрительных препаратов для защищенного грунта.

Пример 2. Предварительно на выделенном участке поля обустраивают траншею длиной - 100-150 м, шириной - 1,3-1,5 м и глубиной - 0,5-0,6 м. Затем дозируют исходные компоненты компостной смеси в заданных количествах, масс.%: табачная пыль - 50, почва (чернозем) - 40, торф низинный - 10. После чего их смешивают. Полученную однородную смесь закладывают в траншеи. Затем увлажняют до влажности 60%. Компостирование осуществляют в течение 60 суток естественным способом при атмосферном давлении и среднесуточной температуре воздуха не ниже 15°С. При этом трижды отбирают образцы однородной компостной смеси и определяют в них содержание никотина, значение рН и целлюлозолитическую активность: перед закладкой компостной смеси в траншею содержание никотина составляет - 0,80%, значение рН - 7,5, целлюлозолитическая активность - 16%; через 30 суток содержание никотина составляет - 0,10%, значение рН - 6,5, целлюлозолитическая активность - 24%; и в конце процесса компостирования смеси содержание никотина составляет - 0,00%, значение рН - 6,5, целлюлозолитическая активность - 35%. Полученный целевой продукт является готовым биоорганическим удобрением и подходит для выращивания широкого спектра сельскохозяйственных и цветочно-декоративных культур открытого грунта. Одновременно он служит сырьем для производства биогумуса и почвоудобрительных препаратов для защищенного грунта.

Пример 3. Предварительно на выделенном участке поля обустраивают траншею длиной - 100-150 м, шириной - 1,3-1,5 м и глубиной - 0,5-0,6 м. Затем дозируют исходные компоненты компостной смеси в заданных количествах, масс.%: табачная пыль - 60, почва (чернозем) - 20, торф низинный - 20. После чего их смешивают. Полученную однородную смесь закладывают в траншеи. Затем увлажняют до влажности 60%. Компостирование осуществляют в течение 60 суток естественным способом при атмосферном давлении и среднесуточной температуре воздуха не ниже 15°С. При этом трижды отбирают образцы однородной компостной смеси и определяют в них содержание никотина, значение рН и целлюлозолитическую активность: перед закладкой компостной смеси в траншею содержание никотина составляет - 0,80%, значение рН - 7,0, целлюлозолитическая активность - 12%; через 30 суток содержание никотина составляет - 0,15%, значение рН - 5,0, целлюлозолитическая активность - 14%; и в конце процесса компостирования смеси содержание никотина составляет - 0,00%, значение рН - 5,0, целлюлозолитическая активность - 16%. Полученный целевой продукт является готовым биоорганическим удобрением для всех культур, предпочитающих кислую реакцию почвы. Одновременно он служит сырьем для производства биогумуса и почвоудобрительных препаратов для защищенного грунта.

Как видно из таблиц 1 и 2, оптимальным вариантом является биоорганическое удобрение, полученное согласно заявляемому способу (пример 2: табачная пыль - 50%, почва (чернозем) - 40%, торф низинный - 10%), поскольку включает максимально возможное количество промышленного отхода, позволяет получить целевой продукт с агрохимическими показателями, наиболее полно отражающими потребности многих культур (рН - 6,5; N - 1,1, Р - 0,4, K - 2,4%), что подтверждается высокой урожайностью томатов (56,4 т/га) и наилучшей приживаемостью цветочной рассады (88%). Все это свидетельствует об улучшении состояния почвы и повышении ее плодородия, за счет применения сбалансированного по основным питательным элементам и экологически безопасного органического удобрения.

Таким образом, положительный эффект от способа получения и применения биоорганического удобрения из отходов табачной промышленности заключается в следующем:

- разработана низкозатратная технология производства продукта вследствие использования промышленного отхода и за счет проведения процесса компостирования в естественных условиях;

- предложено решение важной экологической проблемы по безопасной утилизации табачной пыли (основного отхода табачной промышленности) в качестве ее использование в составе смеси для компостирования;

- создан экологически безопасный продукт, содержащий питательные элементы в доступной для растений форме, улучшающей состояние почвы и повышающий ее плодородие;

- разработан состав компостной смеси, позволяющий бифункционально использовать целевой продукт: как готовое биоорганическое удобрение для различных культур открытого грунта, и как сырье при производстве биогумуса и различных почвоудобрительных препаратов для различных культур защищенного грунта.

Предлагаемый способ получения биоорганического удобрения из отходов табачной промышленности испытан в лабораторных и полевых условиях Краснодарского края в 2010-2011 гг. сотрудниками ООО "Русский букет". На основании полученных результатов разработаны ТУ на технологию получения целевого продукта и практические рекомендации по его применению на овощных и цветочно-декоративных культурах.