Производство удобрений из торфа

Обновлено: 05.10.2024

Технология получения гуминовых удобрений безреагентным методом

Гуминовые вещества – это тёмно-коричневые или тёмно-бурые природные органические образования, которые свободно распространены в различных естественных объектах: в почвах и торфах, в углях и сланцах, в морских и озёрных отложениях, в водах озёр и рек. Гуминовые вещества являются источником элементов питания растений и физиологически активных веществ, регулятором физико-химических и биологических свойств почвы, обусловливающих благоприятные водно-воздушный и питательный режимы растений.

Гуминовые кислоты (ГК) – группа темноокрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и нерастворимых в кислотах. Гуминовые кислоты относятся к классу высокомолекулярных ароматических полиоксиполикарбоновых кислот. В состав молекул ГК входят конденсированные ароматические ядра, гетероциклы и различные функциональные группы (карбоксильные, гидроксильные, аминогруппы и др.).

ГК представляют собой высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они имеют тёмно-бурую, а в сухом состоянии - даже чёрную окраску. В группу ГК природных объектов (почв, торфов, углей, меланинсодержащих организмов и др.) входят вещества, которые извлекаются различными водными растворами из почвы, например, растворами едкого натра (NaOH), едкого кали (KOH), аммония (NH₄OH), бикарбоната натрия (NaHCO₃), фторида натрия (NaF), пирофосфата натрия (Na₄P₂O₇), щавелевокислого натрия, мочевины (карбамида), органическими растворителями и другими реагентами, и осаждаются из полученных растворов при подкислении последних минеральными кислотами (до pH ~ 1–2) в виде тёмноокрашенного геля. ГК слабо растворимы в воде, с одновалентными катионами (например, K + , Na + , NH₄ + ) образуют водорастворимые соли, а с двух- и трёхвалентными катионами (например, Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ ) легко выпадают в осадок из растворов.

В своем исходном природном состоянии ГК обладают малой активностью из-за низкой гидратированности и дисперсности, блокирования их активных центров различными компонентами, в том числе минеральными. В настоящее время актуальна задача получения ГК, обладающих высокой степенью активности, а именно водорастворимых, которые являются хорошим детоксикантом, образовывая прочные комплексы с ионами тяжелых металлов и органическими токсинами, которые в комплексе теряют биодоступность.

Для увеличения выхода водорастворимых ГК исходное сырье измельчают и экстрагируют слабощелочным раствором гидроксида калия или натрия концентрацией 2,0–4,0% мас., что позволяет сохранить природный состав ГК практически без изменений, так как такая концентрация исключает деструкцию молекул ГК.

Нами разработана технология получения и обеззараживания жидких гуминовых удобрений за счет импульсной многофакторной обработки суспензии биогумуса, торфа, сапропеля или бурого угля в роторном импульсном аппарате (РИА).

При обработке суспензии гуминового сырья в РИА за счет механического воздействия твердые частицы измельчаются, что приводит к увеличению поверхности фазового контакта, открытию пор, их механической активации. Разгонно-тормозной характер движения потока жидкости в РИА вызывает пульсации давления и скорости потока жидкости, интенсивную турбулентность и развитую кавитацию. Кумулятивные струйки, возникающие при схлопывании кавитационных пузырьков, оказывают ударное действие на твердые частицы. Акустическое воздействие в РИА включает в себя макропульсации давления в потоке жидкости и ударные сферические волны при пульсациях кавитационных пузырьков.

Хаотические турбулентные флуктуации скорости различных слоев суспензии создают большие сдвиговые усилия на поверхности твердой частицы, что способствует уменьшению величины диффузионного слоя, усиливает его подвижность, обеспечивает приток свежей жидкости к поверхности частицы. Пульсационное воздействие на твердую частицу в жидкости при пульсациях близлежащих кавитационных пузырьков заключается в создании высокоскоростных потоков жидкости у поверхности частицы. Нагрев суспензии происходит в локальном объеме зазора между ротором и статором за счет сдвиговых напряжений.

Все эти воздействия способствуют увеличению поверхности фазового контакта, относительных скоростей движения фаз и уменьшению величины диффузионного слоя на частицах. Дискретное, сконцентрированное и локализованное многофакторное воздействие существенно интенсифицирует процесс массопереноса биоактивных веществ из твердых частиц в жидкость за счет большой удельной диссипации энергии в малом объеме за малый интервал времени.

Интенсивное многофакторное воздействие на суспензию органического удобрения позволяет получать тонкодисперсную дисперсию, которая не образует осадка более 30 суток. Нагрев суспензии при обработке не превышает 40 о С, интенсификация процесса экстрагирования в РИА позволяет минимизировать или отказаться от использования щелочи, что позволяет сохранить в суспензии гуминового удобрения ферменты, витамины и другие биологически активные вещества. Многократно увеличивается выход калия, фосфора, азота и других полезных химических элементов из твердой фазы в жидкость.

Установка работает следующим образом. Гуматосодержащее сырье (торф, бурый уголь, биогумус) в сыпучем виде классифицируется и фракции твердых частиц с требуемым размером предварительно замачиваются. Сапропель поставляется на обработку, как правило, уже в жидком виде. Исходная водная суспензия гуматосодержащего сырья с необходимой концентрацией твердых частиц по объему заливается в емкость исходной суспензии (поз. 1), где предварительно перемешивается рамной мешалкой (поз. 7) для поддержания однородности суспензии в объеме емкости. Из емкости исходной суспензии грубодисперсная суспензия подается в мельницу предварительного помола (поз. 2), в которой происходит предварительное измельчение частиц суспензии. Измельчению подвергаются частицы, в основном, крупной фракции. Из мельницы предварительного помола, суспензия сливается самотеком в промежуточную емкость (поз. 3), где происходит ее перемешивание и предварительная гомогенизация по объему лопастной мешалкой (поз. 8). Если в суспензии еще присутствуют частицы крупной фракции, то суспензия перекачивается насосом (поз. 4) в емкость исходной суспензии, и направляется на повторное измельчение в мельницу предварительного помола. Из промежуточной емкости предварительно измельченная суспензия перекачивается насосом (поз. 4) в экстрактор биологически активных веществ – роторный импульсный аппарат (РИА) (поз. 5), в котором суспензия подвергается многофакторному воздействию механического, акустического и теплового характера.

В результате проведенных экспериментов по приготовлению жидкого гуминового удобрения из биогумуса (20% об.), сапропеля (50% об.) и торфа (50% об.) в РИА и в аппарате с ленточной лопастной мешалкой (ЛЛМ) получены данные по выходу гуминовых кислот (ГК), представленные на рисунке 1.

Рис.1. Концентрация гуминовых кислот в воде при обработке 20%-ной суспензии биогумуса (1, 2, 5, 6), 50%-ной суспензии сапропеля (3, 7) и 50%-ной суспензии торфа (4,8). Обработка суспензий в емкостном аппарате с ЛЛМ: 1– pH = 7,5; 2– pH = 12,6; 3– pH = 10,6; 4– pH = 5,8. Обработка суспензий в установке на базе РИА:

5 – pH = 7,6; 6 – pH = 12,5; 7 – pH = 12,5; 8 – pH = 5,8.

Анализируя данные на рис. 1, можно сделать вывод, что в РИА процесс безреагентной экстракции ГК из биогумуса происходит в 2 раза интенсивнее. Процесс щелочной экстракции ГК из биогумуса происходит в 6 раз интенсивнее Процесс щелочной экстракции ГК из сапропеля происходит почти в 3 раза интенсивнее в РИА. Кроме образцов 1 и 5, во всех остальных образцах была добавлена щелочь.

Показатель рН при обработке торфа показывает, что суспензия торфа относится к слабокислой среде, несмотря на то, что в суспензию торфа была добавлена щелочь в объеме 1%. Это объясняется тем, что водная суспензия торфа имеет выраженные кислотные свойства с рН=3,5-4,5. При обработке 50%-ной суспензии торфа выход гуминовых кислот в 14 раз больше при обработке в РИА по сравнению с обработкой суспензии в аппарате с ЛЛМ.

Интенсификация процесса экстрагирования в РИА достигается благодаря механическому воздействию, вихреобразованию, эффекту кавитации, что в свою очередь приводит к измельчению частиц, увеличению поверхности контактирующих фаз, увеличению массоотдачи с поверхности твердых частиц.

На рисунке 2 представлены данные по выходу азота, фосфора и калия в воду при обработке 20% суспензии биогумуса в аппарате с ЛЛМ и в установке на базе РИА.

Рис. 2. Данные по выходу азота, фосфора и калия в суспензии биогумуса.

1 – Обработка суспензии в емкостном аппарате с ЛЛМ.

2 – Обработка суспензии в установке на базе РИА.

Распределение частиц суспензии биогумуса по размерам до обработки и после обработки в ЛЛМ и в установке на базе РИА показано на рисунке 3. Исходная суспензия биогумуса, не прошедшая предварительного измельчения, представлена на рисунке 4 (а), где отчетливо различимы частицы размером 1-2 мм.

Рис. 3. Распределение частиц суспензии биогумуса по размеру (d средний размер частиц):

1 – до обработки; 2 – после обработки в аппарате с ЛЛМ; 3 – после обработки в установке на базе РИА.

Рис. 4. Фотографии частиц исходной суспензии (а) и суспензии биогумуса, обработанной в РИА (б).

Данные по выходу ГК при обработке суспензий в аппарате с ЛЛМ и в установке на базе РИА были взяты для сравнения при одинаковых значениях удельной диссипации энергии, ε=70–160 Вт/кг. Концентрация ГК в гуминовых удобрениях при их обработке 20%-ной суспензии биогумуса и 50%-ной суспензии сапропеля в РИА и в аппарате с ЛЛМ приведены в таблице 1.

Таблица 1. Концентрация ГК в гуминовых удобрениях, числа Рейнольдса и кавитации при их обработке в РИА и в аппарате с ЛЛМ.

Если наладить мини-завод по производству качественных удобрений, можно достаточно быстро окупить все расходы и получать прибыль. Для этого необходимо, чтоб конечный продукт содержал определенное количество минеральных веществ. Данное соотношение обозначается аббревиатурой NPK.

Мини линия по производству гуминовых удобрений

Она означает процентное содержание таких веществ, как азот, фосфор и калий. NPK-удобрения являются самыми эффективными для всех садовых, огородных и домашних культур. Они обеспечивают растение необходимыми элементами в определенном соотношении.

Гуминовые удобрения

В процессе образования гуминовых удобрений происходит биологическое преобразование белковых тел – остатков животного происхождения, частей растения и т. д. Если искусственно вносить данные вещества в почву, можно получить следующее:

достигается оптимальный воздушно-водный баланс грунта;
растение лучше усваивает все минеральные удобрения, которые вносятся в почву;
увеличивается стойкость домашних культур к разнообразным заболеваниям;
растения быстрее растут и достигают необходимых размеров.

В состав гуминовых соединений входит азот, калий и фосфор, но их количество незначительно. Поэтому данные удобрения нельзя считать NPK-типом. Несмотря на это, они достаточно эффективны. Отличительной чертой гуминовых удобрений можно считать их повышенное содержание углерода. После применения данных веществ улучшаются свойства легкой и тяжелой почвы.

Комплексные гуминовые удобрения

Гуминовые удобрения – разновидности

Мини-завод гуминовых препаратов для подкормки растений может быть направлен на производство:

биогумуса – продукт, который получают при помощи красных калифорнийских червей. Их помещают в емкости с навозом, после чего они перерабатывают его в удобрение;
лигногумат – концентрированный препарат. Его получают при создании специфических условий, во время которых происходит ускоренный процесс гумификации;
гумат калия – изготовление препарата возможно при использовании природного сырья. Его получают путем экстракции гуминовых кислот из торфа.

Технология изготовления

Мини-завод по переработке биомассы для получения гуминовых препаратов работает по достаточно простой технологии. В качестве сырья выступают:

На первом этапе производства гуминовых веществ происходит очистка сырья от ненужных включений, которые могут ухудшить качество удобрения. Когда получен продукт с нужными характеристиками, его измельчают и подвергают воздействию жидкого каустика. В это же время сырье находится в специальном агрегате. Он позволяет создать оптимальные условия для образования готового продукта. К таким относят повышенное давление и температура.

Влияние гуминовых удобрений на урожай

На следующем этапе происходит очищения продукта при помощи сверхзвукового кавитационного гомогенизатора. После этого смесь перемещается в специальную центрифугу, где она разделяется по плотности. Чтоб получить гуминовое удобрение более высокого качества, сырье проходит двойную обработку.

Она позволяет отделить тяжелые включения при помощи спецдекантера. В результате такой переработки можно получить два типа продукта – жидкий и сухой. Последний перед применением необходимо разводить водой.

Также мини-завод может специализироваться на производстве балластных гуминовых удобрений. Они содержат большую концентрацию разнообразных питательных веществ, в том числе минералов. Поэтому они считаются чем-то средним между обычными органическими и гуминовыми веществами для подкормки растений.

Производство биогумуса

Особенности бизнеса

Мини-завод такого типа будет прибыльным, если установить его в месте, где можно получить бесплатно или по минимальной цене большой объем биомассы.

Оптимальным вариантом считается организация предприятия около следующих объектов:

частных фермерских коровников, свинарников или птичников;
племенных хозяйств по разведению крупного рогатого скота;
фермерских предприятий, которые содержат лошадей, кроликов или других животных;
свалок пищевых отходов;
черты города или в сельской местности, где население занимается разведением домашнего скота;
предприятий, которые работают в сфере деревообработки и нуждаются в утилизации отходов.

Принцип работы оборудования для производства гуминового удобрения

Переработка биологических отходов для получения жидких гуминовых удобрений возможна при помощи специальной закрытой емкости с бескислородной средой внутри. Она называется биоактиватор.

Каждая емкость данного типа дополнительно оборудуется специальным клапаном для стравливания метана, который образуется в процессе переработки отходов. Также биоактиватор имеет крышку. Через нее происходит закладка подготовленного сырья в пропорции 1:1 с водой. Также чтоб ускорить процесс производства удобрения, каждая емкость оснащена мощными ТЭНами.

Процесс переработки гуминовых удобрений

На протяжении 24-48 часов в биоактиваторе нужно поддерживать стабильную температуру на уровне 50-60°С. По истечении этого термина процесс становится термически стабильным. Также чтоб получить качественный продукт, необходимо постоянно перемешивать смесь. Это нужно делать каждые 6 часов, что препятствует образованию корки, которая негативно влияет на процесс переработки отходов.

В среднем гниение биомассы продолжается 2-3 недели. Определить завершение этого процесса можно, если прекращается поступление метана в накопительную емкость. Полученное жидкое гуминовое удобрение можно разливать по банкам и использовать по назначению.

Характеристики линии для производства

стоимость – от 99 до 770,4 тыс. руб.;
объем биоактиватора – 0,5-12 куб. м;
вместительность газгольдера – 1-2 куб. м;
объем загрузки сырья на сутки (в пропорции 1:1 с водой) – от 50 до 2400 л;
суточный выход биогаза – 1-12 куб. м.;
расход электроэнергии за 24 часа – от 2 до 40 кВт;
необходимая площадь для установки биоактиватора – от 3 до 50 кв. м.

Бизнес-план

Завод данного типа можно укомплектовать самостоятельно, используя самое простое оборудование. Для этого нужно купить:

Также существуют поточные расходы:

пластиковая тара (за 1000 штук) – 60 долларов;
этикетки (за 1000 штук) – 30-40 долларов;
заработная плата рабочих – 5-6 долларов за 1 час.

Цена такого жидкого гуминового удобрения составляет 5-6 долларов за бутылку. Такой завод небольшой мощности полностью окупится примерно через 1,5-2 месяцев.

В основе кавитационной технологии лежит явление кавитации, которая искусственно создается в специальных технологических реакторах. Нелинейные динамические эффекты, сопровождающие кавитацию (ударные волны, кумулятивные струи, ультрафиолетовое и ультразвуковое излучение и др.) приводят к положительным результатам при получении гуминовых препаратов.

Мерный бункер засыпается дозой торфа, а скребковый конвеер, установленный в нем, подает торф на вибросепаратор.

Вибросепаратор торфа - предназначен для сепарации фракции, пригодной без дальнейшего дробления подвергаться кавитационной обработке.

Вибросепаратор торфа состоит из электродвигателя – редуктора , выходного штока, на конце которого закреплён упругий элемент, нелинейного ограничителя – ударника, корыта, внутрь которого засыпается торф.

Корыто подвешивается на тросах. В нижней части корыта закреплено сито. Корыто установлено под углом α к горизонту. В нижней части корыта прикреплён сборный короб, из которого просеянный торф высыпается в сборный бак.

Система пневмоподачи торфа из подготовительного цеха в баки гомогенизации с помощью вакуум – насоса вентиляторного типа всасывает торф гофрированной приемной трубой и по выпускной трубе выбрасывает в бак гомогенизации.

Баки гомогенизации предназначены для замачивания торфа, первичной гомогенизации, смешивания с химическими реагентами.

Кавитационный модуль перерабатывает торфяную пульпу в гуминовое вещество, установлен в закрытом отсеке.

Декантер. После кавитационной переработки жидкость с мелкодиспергированными в ней частицами торфа очень быстро забивает фильтрующее сито, т.к. осадок на сите является чрезвычайно клейким.

Кавитационное воздействие, представляющее собой единый комплекс химических и гидродинамических явлений, относится к мягким методам воздействия, т. к. ведется при температуре раствора, не превышающей 35 °C (подобие холодного кипячения), что не приводит к существенной химической деструкции сырья. Это позволяет сохранить в получаемом препарате витамины, ферменты и др. биологически полезные вещества, разлагающиеся при высоких температурах. Вместе с тем пиковые повышения давления и ударные волны, образующиеся при кавитации, приводят к повышенному диспергированию торфа, а вода, распадаясь на радикалы водорода и гидроксила и взаимодействуя с легко окисляемыми веществами торфа, приводит к ускоренному переходу гуминовых веществ в раствор.

Преимущества кавитационного метода:

Повышается выход веществ фенольной структуры и общего азота.

Увеличивается выход группы O+N+S, общих кислых групп СООН+ОН. Повышенный выход веществ фенольной структуры определяет более высокую биологическую активность продукта.

Осадок торфа получается в более диспергированном состоянии, что дает возможность изготавливать из него целую гамму новых рыночных продуктов.

B 1,5 – 2 раза повышается выход гуминовых веществ, значительно повышается производительность процесса.

Преимущества завода:

Он составлен из отдельных функциональных модулей. Модульный принцип структуры завода, позволяет по мере освоения рынка осуществлять постепенное наращивание продукции, увеличивая число однотипных модулей технологической линии.

Для его строительства и пуска необходимы неизмеримо меньшие стартовые затраты.

Занимает меньшую площадь, имеет меньшую металлоемкость, громоздкость используемого оборудования.

Позволяет получать единицу продукции с малыми энергетическими затратами.

Может быть легко переориентирован на выпуск других видов продукции из органического сырья.

увеличить их выход в раствор,
значительно ускорить процесс экстрагирования,
усилить биологическую активность продукта за счёт существенного увеличения содержания фенольных структур.

Полевые испытания на рапсе, кукурузе и люпине, проведенные в Латвии (Излагается на основе сокращенного перевода статей Л.Боровко и М.Вайваре "Гуминовые вещества из торфа – ценность золота") показали их высокую эффективность при выращивании рапса, люпина, кукурузы.

Эти результаты характеризуют развитие растений на ранних стадиях и являются интригующими. Но одно ясно – гуминовым веществам в биологическом сельском хозяйстве будет дан зеленый путь с целью увеличения урожая и его стабильности.

Академиком Косьяненко Геннадием Николаевичем разработана высокоэффективная, экологически чистая технология изготовления дешевого, биологически активного вещества на основе низинного торфа. За счёт разработанного технологического подхода при приготовлении данного препарата (окисление озоном и газами воздуха) происходит сохранение и накопление природных биологически активных веществ, микро и макроэлементов, которые стабилизируются за счёт отрицательно заряженной гумусовой кислоты. Помимо гумусовых кислот стабилизирующим, а также хелатирующим веществом в препарате выступает лимонная кислота.

Технология основана на выработке высококонцентрированных коллоидных растворов из торфяного вещества и получением на их основе стимуляторов роста растений и рекультиваторов почв.

Основными элементами технологической линии по производству КОМУ являются диспергаторы и паровые реакторы. При прохождении исходной пульпы через реактор происходит формирование коллоидного раствора из вещества торфа, при этом синхронно протекают процессы экстракции, растворения, дезинтеграции клеточных структур, деструкция целлюлозы с последующей рекомбинацией на молекулярном уровне. Процесс протекает на фоне низкой температуры, ускорителем переработки является диспергация.

Предлагаемый продукт представляет собой концентрат в виде гомогенной суспензии темно-коричневого цвета, в состав которого входят более 30 элементов минеральных и органических веществ, включая основные микроэлементы и двадцать аминокислот, витамины.

Для производства я использовал теорию Ф.Дж.Стивенсона для эффективного извлечения гуминовых веществ (ГВ):

выделение ГВ не должно сопровождаться изменениями извлекаемого материала;

извлечение ГВ не должно содержать неорганических загрязнителей, например глинистих материалов или соединений поливалентных катионов;

извлечение должно быть полным, тем самым гарантируется репрезентативность фракций во всём диапазоне молекулярных масс;

метод должен быть универсальным и применимым к почвам всех типов.

Долгое время считалось, что эти требования к способу выделения ГВ скорее идеальные, чем достижимые. Но Академику Косьяненко Г.Н. это удалось сделать!

С частью ТУ можно ознакомиться тут.

Продукт получил высокую оценку ученых и сельхозпроизводителей, и его применение было включено в государственную программу повышения эффективности сельскохозяйственного производства.

Результаты апробаций показывают, что применение препарата в растениеводстве дает реальный экономический эффект в 30-100%.

В результате опытно-промышленной апробации был подтвержден широкий спектр полезных свойств препарата. Использование его даже в низких концентрациях активизирует процессы обмена веществ, усиливает клеточное дыхание, синтетические процессы и поступление минеральных веществ из почвы, повышает устойчивость растений к стрессовым факторам в вегетационный период, в засушливые, влажные и холодные годы; при недостатке и избытке минеральных удобрений.

Стимуляторы не токсичны, не обладают мутагенными свойствами, проявляют иммуностимулирующие и адаптогенные свойства.

Трудно переоценить эффективность ЭкоОрганики.Благодаря его применения в этом качестве можно повысить урожай зерновых и овощей от 20 до 150 процентов, сокращая рекультивационные циклы с нескольких лет до одного года.

ЭкоОрганика — удобрение со стимулирующим эффектом и фунгицидной активностью, является продуктом кавитационной обработки натурального торфа, в котором при этом переводятся в активную водорастворимую форму соединения азота, фосфора, калия, микроэлементы, а гуминовые кислоты из нерастворимых переведены в растворимые одновалентные соли.

Применение удобрения просто и удобно: оно разводится в воде в пропорциях, соответствующих определенному методу использования и типу растений.

Внесение ЭкоОрганики совместимо с применяемыми агротехнологиями, не требует отдельных операций, а значит и дополнительных расходов на топливо, покупку нового оборудования и т.д. Включается в циклы протравливания семян, внесения в почву с минеральными удобрениями, внекорневой полив, обработку гербицидами и пестицидами.

Биологически активные вещества торфа включают в себя аминокислоты, углеводы, ферменты, антибиотики и природные стимуляторы роста. В низинном торфе найдены витамины группы В: тиамин (В1), рибофлавин (В2), пантотеиновая кислота(В3), пиридоксаль (В6), цианкобаламин (В12), а также никотиновая кислота (РР) и каротин

Читайте также: