органоминеральное удобрение на основе гидролизного лигнина

Формула изобретения

Органоминеральное удобрение на основе гидролизного лигнина, содержащее гидролизный лигнин, суперфосфат, хлористый калий и азотсодержащий компонент, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит известь, а в качестве азотсодержащего компонента аммиачную селитру и аммофос при следующем соотношении компонентов, кг/т:

Суперфосфат - 8-12

Хлористый калий - 6-8

Аммофос - 11-14

Аммиачная селитра - 10-14

Известь - 40-60

Гидролизный лигнин - Остальноей

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к получению органоминеральных удобрений из отходов гидролизного производства.

Из уровня техники известно органоминеральное удобрение, содержащее гидролизный лигнин, хлористый калий, азотсодержащие компоненты в виде сточных вод производства молибдата, аммиака и аммофоса (RU 1724656, C 05 F 7/00).

Используемые сточные воды производства молибдата аммония снабжают данное удобрение большим разнообразием полезных микроэлементов, однако использование данного компонента значительно усложняет технологический процесс приготовления удобрения из-за необходимости введения дополнительных операций по обработке этого компонента, таких как упаривание и нейтрализация аммиаком. Кроме того, при этих операциях не исключен травмирующий фактор для работающих вследствие образования химически опасной смеси. Используемые сточные воды молибденового производства к тому же не исключают присутствия в удобрении тяжелых металлов. К недостаткам данного изобретения относится и нейтрализация лигнина аммиаком, приводящая к загрязнению окружающей среды, а сам процесс нейтрализации опасен для здоровья работающих. Кроме того, аммиак - дорогостоящий компонент, повышающий себестоимость готового продукта.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является органоминеральное удобрение на основе гидролизного лигнина, содержащее гидролизный лигнин, суперфосфат, хлористый калий и азотсодержащий компонент в виде водного аммиака и аммиачной селитры (а.с. RU 1715794, C 05 F 11/00).

Данное удобрение содержит недостаточное количество макроэлементов и микроэлементов, что снижает его эффективность использования на обедненных почвах, а нейтрализация лигнина аммиаком значительно повышает себестоимость готового продукта, опасна для работающих и загрязняет окружающую среду.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение недорогого, экологически чистого в технологическом отношении органоминерального удобрения на основе гидролизного лигнина, эффективного для обедненных почв с низким содержанием органики и элементами минерального питания, при простой и безопасной технологии его изготовления.

Технический результат достигается тем, что органоминеральное удобрение на основе гидролизного лигнина, содержащее гидролизный лигнин, суперфосфат, хлористый калий и азотсодержащий компонент, дополнительно содержит известь, а в качестве азотсодержащего компонента аммофос и аммиачную селитру при следующем соотношении компонентов, кг/т:

Суперфосфат - 8-12

Хлористый калий - 6-8

Аммофос - 11-14

Аммиачная селитра - 10-14

Известь - 40-60

Гидролизный лигнин - Остальное

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволило установить наличие отличительных от прототипа признаков, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию "НОВИЗНА".

Проведенные исследования уровня техники не выявили известность предлагаемого органоминерального удобрения на основе гидролизного лигнина, что доказывает соответствие заявляемого технического решения критерию "ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ".

Основу заявляемого органоминерального удобрения (лигноминерального компоста) составляет лигнин - вторичный продукт переработки растительного сырья (древесины различных пород) способом гидролиза.

Физико-химические показатели лигнина:

Влажность - 50-65%

Непрогидролизованные (трудногидролизуемые) полисахариды - 20-30%

Неотмытые моносахариды - 2-10%

Вещества лигногуминового комплекса - 5-15%

Зольность лигнина - 4-10%

Содержание серной кислоты - 0,5-1,5%

Размер частиц - 0,001-10 мм

Насыпная масса сухого лигнина - 200-300 кг/м³

Влагоемкость - 300-450%

Применение лигнина в качестве основы для образования гумуса обусловлено его высокой устойчивостью к микробиологическому разложению, определяющей длительность воздействия, и способностью адсорбировать элементы питания, увеличивая тем самым коэффициент использования минеральных удобрений.

При нейтрализации лигнина известью образуется биомасса, способная к гумификации и минерализации лигнина, при этом срок нейтрализации лигнина известью от 10-15 дней и зависит от количества серной кислоты в лигниновой массе: чем больше кислоты, тем больше срок нейтрализации. Кроме того, при взаимодействии извести с серной кислотой лигнина образуется нейтральная соль СаSO₄, эффективная как элемент питания за счет содержания в ней кальция - микроэлемента, способствующего построению скелетной части растения и по значимости как элемент питания для растений занимающего 4-е место после азота, фосфора и калия. Вторая составляющая - соли SO₄ является микроэлементом серы, которая способствует синтезу белка в растениях. Нейтрализацию лигнина известью осуществляют путем простого механического перемешивания, при этом известь не только нейтрализует лигнин, но и благодаря своим гигроскопическим свойствам понижает влажность готового продукта до 50-60%, придавая ему вид сыпучего порошка, удобного в использовании. Нейтрализованный известью лигнин улучшает структурирование и разрыхление почвы, уменьшает коркообразование на почве. Эффективная способность нейтрализованного известью лигнина к гумификации и минерализации почвы, а также оптимальное количественное соотношение минеральных добавок - суперфосфата, хлористого калия, аммофоса и аммиачной селитры, выбранное с расчетом обеспеченности сельскохозяйственных культур элементами питания, позволило получить эффективное органоминеральное удобрение для обедненных почв с низким содержанием органики и элементами минерального питания. Использование доступного недорогого нейтрализующего компонента извести и исключение специального оборудования для нейтрализации значительно снижает себестоимость готового продукта и упрощает технологию его изготовления, а сам процесс нейтрализации известью лигнина, исключающий образование химически опасных смесей - безопасный для работающих и окружающей среды, что делает технологию приготовления лигноминерального компонента безопасной. Полученный лигноминеральный компост обладает высокой мульчирующей способностью, улучшает структурирование, увеличивает число микроорганизмов в почве, способствует увеличению синтеза белков, ускоряет созревание урожая на 7-8 дней. Все это и полное отсутствие семян сорняков делает его эффективней навоза в 1,5 раза. Компост придает почве темную окраску, тем самым способствует поглощению и сохранению тепла. В зависимости от исходного плодородия норма внесения лигнокомпоста на 1 сотку составляет от 400 до 800 кг. Срок действия на урожайность внесенного удобрения из-за чрезвычайно высоких сорбционных свойств составляет от 4 до 5 лет. Лигноминеральный компост применяется как основное удобрение и вносится осенью под зябь и весной под перепашку. Прирост урожайности составляет до 35%.

В качестве исходного сырья для приготовления заявляемого лигноминерального компоста используют:

- лигнин гидролизный. Промышленный технологический регламент Хорского ГЗ, 1998 г.;

- известь по ГОСТ 9179-77;

- суперфосфат по ГОСТ 5956-78;

- хлористый калий по ГОСТ 4568-95;

- аммофос по ГОСТ 18918-85;

- аммиачная селитра по ГОСТ 2-85.

Лигноминеральный компост готовят следующим образом.

Предварительно очищенный от механических примесей гидролизный лигнин в количестве 896-949 кг укладывают равномерным слоем высотой 20-30 см на бетонную площадку. Для нейтрализации остаточной серной кислоты лигнина на лигнин равномерным слоем рассыпают известь в количестве 40-60 кг. Все это тщательно перемешивают и комплектуют в бурт. Выдерживают 15-20 дней. Берут пробу на рН, если рН достигает нормы 6,5-6,8, бурт оставляют на дозревание на 10 дней. При достижении рН=6,5-6,8 бурт разворачивают и добавляют минеральные удобрения, кг/т:

Суперфосфат - 8-12

Хлористый калий - 6-8

Аммофос - 11-14

Аммиачная селитра - 10-14

Все компоненты перемешиваются и вновь собираются в бурт. Выдерживаются 1,5-2 месяца, в течение которых в компостируемой смеси протекает ферментация, в процессе которой разлагаются органические компоненты с выделением энергии в виде тепла. Повышение температуры является показателем интенсивной ферментации и успешного процесса компостирования. Разогрев компостируемой смеси начинается вскоре после закладки бурта в течение 3-10 дней. Максимально температура может достигать 50-60^oС. После достижения максимума температуры наблюдается ее снижение. В это время проводится первое перемешивание, а в течение 1,5-2-х месяцев компостирования перемешивание проводят 2-3 раза. По мере созревания компоста интенсивность ферментации затухает, температура поднимается медленно, затем разогревание прекращается полностью.

В процессе ферментации происходит синтез гумусовых соединений из продуктов распада высокомолекулярных компонентов органических остатков. По мере созревания компоста возрастает скорость гумусообразования. В связи с возрастанием количества гуминовых кислот по мере созревания компоста исходная масса чернеет, приобретая в конце ферментации темно-коричневую окраску. После окончательной ферментации органических остатков компост считается готовым - зрелым. Зрелость компоста можно определить визуально по следующим признакам:

- снижение температуры компостируемой смеси в бурте;

- почернение компостируемой массы;

- отсутствие запаха, свойственного для лигнина;

- появление запаха лесного перегноя или земли;

- мягкая структура органических остатков.

Полученный лигноминеральный компост имеет следующие характеристики.

1. Физико-химические показатели.

Внешний вид - Влажная, сыпучая, темно-коричневая масса, с запахом лесного перегноя

Массовая доля органического вещества, % - 65-75

Реакция среды, рН - 6,5-6,8

Влажность, % - 50-60

Массовая доля азота (на сухое вещество), %, не менее - 0,4

Массовая доля фосфора P₂O₅ (на сухое вещество), %, не менее - 1,5

Массовая доля калия (K₂O) (на сухое вещество), %, не менее - 0,4

По показателям безопасности лигноминеральный компост соответствует нормам согласно допустимым ОДК химических веществ в почве по ГН 2.1.7.020-94:

Массовая доля меди, мг/кг - 33.00

Массовая доля цинка, мг/кг - 55.00

Массовая доля кадмия, мг/кг - 0.50

Массовая доля свинца, мг/кг - 32.00

Массовая доля мышьяка, мг/кг - 2.00

Массовая доля ртути, мг/кг - 2.10

Анализы при проведении опытов показывают, что при внесении в почву компоста на основе известкованного лигнина и добавки минеральных удобрений дает увеличение числа водопрочных агрегатов размером 1-3 мм с 15 до 22%, упорядоченность почвенной структуры и, как результат, увеличение массы, т.е. урожайности зерновых, на 20-35%.

Пример 1.

Лигнокомпост вносили в качестве удобрения на почвах, имеющих низкое естественное плодородие - плохая структура почвы, кислая реакция (рН=3-3,5), низкое содержание гумуса (до 2-2,5%), азота, фосфора и калия (до 5-7 мг/100 г). Лигнокомпост вносился в почву из расчета 400 кг на сотку почвы под посев сои. При этом явно улучшились показатели почвы, в том числе структура, мульчирующая способность. Повышение рН составило до 5,2, гумуса на 2,2-2,4%, снижение сроков созревания урожая на 6-8 дней; отмечалось увеличение массы зерна и повышение урожайности до 18-20% (1,8 ц/га).

Пример 2.

В подсобном хозяйстве использовали лигнокомпост для выращивания картофеля, овощей и цветов. В результате с одной сотки земли был получен урожай картофеля 3,3-3,4 кг/м, моркови, свеклы - до 4,0 кг с 1 м². Из-за улучшения почвы корнеплод моркови получили до 16 см, ровный по толщине, с диаметром 3-3,5 см, массой до 200 г.

Пример 3.

На исследуемых участках высаживался картофель с междурядьем 70 см. Как обычно, высоко окучивался. Лигноминеральный компост вносился по 0,5 кг в лунку перед посадкой или под перепашку из расчета 400-600 кг на сотку. Повышение урожайности достигалось до 35-40%.

Пример 4.

Осенью, перед копкой картофеля на участке удаляется ботва, и междурядья до высоты гребня заполняются лигнокомпостом. После уборки картофеля участок перекапывают. При этом надо следить, чтобы лигнокомпост тщательно перемешивался с почвой. Крупные глинистые комья необходимо разбить лопатой и перемешать с компостом, который разрушает связи между глинистыми частицами. Земля становится рыхлой. Заполнять лигнокомпостом междурядья на посадках картофеля в ходе вегетации нецелесообразно, так как в этом случае нарушается температурный, воздушный и водный режим.

Многие фермеры и огородники использовали лигнокомпост для выращивания рассады и отмечали, что при добавлении лигнокомпоста в землю рассада (томаты, баклажаны, перец) имеет много зеленой массы, стебли сочные и устойчивые. Кроме того, добавление лигнокомпоста в почву, как отмечалось на многих фермерских участках, снижает заболеваемость растений и сокращает количество вредителей огородных культур.

Лигноминеральный компост опробировали в ОПХ "Восточное" г. Хабаровск ДАЛЬНИИСХ в течение 8 лет под различные культуры (см. таблицу).

Заявляемое органоминеральное удобрение на основе гидролизного лигнина, нейтрализованного известью, с добавлением минеральных добавок, приготовленное по простой и безопасной технологии и обладающее эффективной способностью при использовании на низкоплодородных почвах, нашло широкое применение в сельском хозяйстве.