Способ получения гуминового концентрата из торфа
METHOD OF PRODUCING HUMIC CONCENTRATE FROM PEAT

Изобретение относится к сельскому хозяйству, экологии, медицине и может быть использовано для восстановления плодородия почвы, рекультивации свалок, защиты растений от неблагоприятных природных явлений, стимуляции роста и развития растений, для применения ванн и компрессов в медицинских целях, для лечения различных заболеваний и в косметологии.
Гуминовые вещества образуются при разложении растительных и животных остатков под действием микроорганизмов и абиотических факторов среды и являются сложной смесью природных соединений. Гуминовые вещества торфа состоят из гуминовых и фульвовых кислот. Для того, чтобы получить легкоусваиваемый концентрат гуминовых кислот, необходимо провести процессы диспергации и экстракции гуматов, позволяющие перевести более 80% сырья в легкодоступные формы гуматов, т.о. необходимо «активировать» природный торф, то есть перевести в легкодоступную форму. Основой его «активации» является процесс разрушения органических молекул. Гуминовые вещества - это устойчивая к биоразложению, стохастическая, вероятностная смесь молекул, в которой ни одно из соединений не тождественно другому, это сложная смесь макромолекул переменного состава и нерегулярного строения к которой не применимы законы классической термодинамики и теории строения вещества.
Наиболее распространенным является химический способ получения гуминового концентрата, основанный на щелочной экстракции химических веществ. При этом приготовление гуминовых кислот осуществляется путем кавитационного диспергирования торфа в водном растворе щелочей до полного выхода гуминовых кислот [Патент RU 2316227, опубликован 10.02.2008].
Недостатком химического способа является то, что он недостаточно эффективен. Выход кислот составляет 8-12%, кроме того, под действием щелочей изменяется природная структура гуминовых веществ. При этом сама технология является сложной и энергоемкой.
Известен бесщелочной способ получения гуминовых кислот [Патент на изобретение №2491266 «Способ получения гуминовых препаратов и вещество - ультрагумат, полученное этим способом»].
2
Способ получения гуминовых препаратов, включающий ультразвуковое кавитационное диспергирование торфа, является высокотехнологичной альтернативой химическому способу активации торфа. При этом создают, по меньшей мере, один струйный или вихревой поток гуматосодержащих веществ, который обрабатывают воздушным или паровым потоком с использованием газоструйного генератора с интенсивностью ультразвукового излучения более 10 Вт/см. Изобретение позволяет получать водорастворимые органические вещества с более высоким содержанием фульвовых и гуминовых кислот (до 20%) при непрерывности и некотором упрощении технологического процесса их производства и без разрушения природной структуры гуминовых соединений.
Недостатком указанного способа являются сложная технология получения гуминосодержащих веществ, характеризующаяся быстрым износом оборудования и высокой энергоемкостью, и неполное извлечение гуминовых и фульвовых кислот из торфа.
Технической задачей изобретения является разработка эффективного способа непрерывного получения гуминового концентрата с высоким содержанием гуминовых и фульвовых кислот по упрощенной технологии без разрушения природной структуры гуминовых кислот.
В изобретении техническая задача решена тем, что способ получения гуминового концентрата из торфа включает смешение торфа с водой для получения гуминосодержащих веществ - пульпы, а затем их бесщелочное диспергирование путем создания из них вихревого потока с последующей его обработкой. При этом вихревой поток гуминосодержащих веществ подают через коническую насадку со спиралевидными проточками, в которой его обрабатывают путем закручивания центростремительно, а затем воздействуют на него вращающимся электромагнитным полем с помощью ферромагнитных элементов при давлении от 10 до 300 кПа и температуре от 4°С до 50°С.
При этом к вихревому потоку, закрученному центростремительно, подают дополнительно воздух при давлении 500 1000 кПа.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Торф любой влажности поступает в бак - усреднитель, где перемешивается с водой природного происхождения, преимущественно в пропорции 1:1 по объему, для получения гуминосодержащих веществ (пульпы). Затем насосом пульпу подают через сужающуюся коническую со спиралевидными проточками насадку. Насадка является основным конструктивным узлом установки. За счет того, что насадка выполнена конической и имеет спиралевидные проточки, она ускоряет и закручивает подаваемый в нее вихревой поток гуминосодержащих веществ центростремительно. Таким образом, ее конструктивные параметры обеспечивают структурное перестроение молекул на молекулярном уровне для обеспечения «активации» и дальнейшего выделения фульвовых и гуминовых кислот. Затем на вихревой поток, закрученный центростремительно, воздействуют электромагнитным полем с помощью ферромагнитных элементов. Электромагнитное поле создают статором асинхронного двигателя или электромагнитным активатором процесса или любым другим устройством. При этом в качестве ферромагнитных элементов используют ферромагнитные «иголки», которые, вращаясь в электромагнитном поле, воздействуют на пульпу, обеспечивая магнитострикцию, ультразвуковое воздействие, электролиз молекул воды, механическое воздействие, под действием которых происходит выделение гуминового концентрата, состоящего из гуминовых и фульвовых кислот с высоким содержанием, при этом концентрат не содержит патогенных веществ. Дополнительный подвод воздуха к вихревому потоку обеспечивает увеличение «активации» молекул гуминовых веществ. Процесс получения гуминового концентрата проводят при давлении 10÷300 кПа и температуре 4÷50°С. При температуре менее 4°С характеристики пульпы изменяются, и она становится непригодной для дальнейшей обработки. При температуре более 50°С может выйти из строя оборудование (сгореть обмотки асинхронного двигателя). При давлении менее 10 кПа наблюдается малая плотность вещества, что приводит к низкой производительности процесса, а при давлении более 300 кПа не происходит выделение фульвовых и гуминовых кислот до получения конечных веществ. Далее полученный гуминовый концентрат поступает в бак готовой продукции. К полученному концентрату из бака для добавок могут вноситься различные микроэлементы, исходя из технического задания на готовую продукцию. В частности это может быть азот, фосфор, калий, кальций, магний.
3
Данный способ обеспечивает производительность до 20 м/час одной установкой и легко масштабируется, значительно снижает затраты по сравнению с существующими способами производства, а также исключает цикличность производства, нагрев, применение химических реактивов, которые воздействуют на структуру гуминовых веществ.
При этом гуминовый концентрат, полученный описанным способом, содержит:
фульвовые кислоты (в расчете на абсолютно сухое вещество) - до 32%;
гуминовые кислоты (в расчете на абсолютно сухое вещество) - 55%.
При этом структура гуминовых веществ остается ненарушенной, природной, что характеризуется высоким содержанием микроэлементов.
Примеры реализации:
3
1. В качестве сырья использовали низинный торф компании «Питер-Пит», добываемый в Рязанской области, Клепиковский район, пос. Болонь, и нехлорированную воду из природного источника в объеме 1:1, а именно по 1 м, которые помещали в бак - усреднитель, где перемешивали их электромеханическй мешалкой. Затем шестеренчатым насосом НШ-6 подавали полученную пульпу в сужающуюся коническую насадку длиной 0,5 м с диаметром входа 100 мм, выхода - 50 мм с тремя спиралевидными проточками. В насадке вихревой поток гуминосодержащих веществ закручивается центростремительно. Далее на поток воздействовали вращающимся электромагнитным полем, создаваемым электромагнитным реактором мощностью 50 кВт. В качестве электромагнитных элементов использовали ферромагнитные «иголки», Процесс проводили при давлении 10 кПа и температуре 4°С. Полученный гуминовый концентрат разливали по емкостям.
3
2. В качестве сырья использовали низинный торф компании «Питер-Пит», добываемый в Рязанской области, Клепиковский район, пос. Болонь, и нехлорированную воду из природного источника в объеме 1:1, а именно по 1 м, которые помещали в бак - усреднитель, где перемешивали их электромеханическй мешалкой. Затем шестеренчатым насосом НШ-6 подавали полученную пульпу в сужающуюся коническую насадку длиной 0,7 м с диаметром входа 100 мм, выхода - 40 мм с четырьмя спиралевидными проточками. В насадке вихревой поток гуминосодержащих веществ закручивается центростремительно. Далее на поток воздействовали вращающимся электромагнитным полем, создаваемым электромагнитным реактором мощностью 50 кВт. В качестве элетромагнитных элементов использовали ферромагнитные «иголки». Процесс проводили при давлении 300 кПа и температуре 50°С. Полученный гуминовый концентрат разливали по емкостям.
3
3. В качестве сырья использовали низинный торф компании «Питер-Пит», добываемый в Рязанской области, Клепиковский район, пос. Болонь, и нехлорированную воду из природного источника в объеме 1:1, а именно по 1 м, которые помещали в бак - усреднитель, где перемешивали их электромеханическй мешалкой. Затем шестеренчатым насосом НШ-6 подавали полученную пульпу в сужающуюся коническую насадку длиной 0,6 м с диаметром входа 90 мм, выхода - 40 мм с тремя спиралевидными проточками. В насадке вихревой поток гуминосодержащих веществ закручивается центростремительно. Далее на поток воздействовали вращающимся электромагнитным полем, создаваемым электромагнитным реактором мощностью 50 кВт. В качестве электромагнитных элементов использовали ферромагнитные «иголки». Процесс проводили при давлении 101 кПа и температуре 20°С. Полученный гуминовый концентрат разливали по емкостям.
Качественные показатели гуминового концентрата, полученного способом по изобретению (пример 1) и способом - прототипом, приведены в таблице 1. В таблице 2 приведены качественные показатели гуминового концентрата, полученного способом по изобретению (пример 1, 2, 3). В таблице 3 приведены качественные показатели гуминового концентрата, полученного способом по изобретению 3 в случае дополнительной подачи воздуха к вихревому потоку гуматосодержащих веществ.
3
3
При этом производительность способом по изобретению составила 20 м/час, а способом - прототипом - не более 4 м/час.
Предлагаемый в изобретении способ получения гуминового концентрата позволяет получить содержание водорастворимых гуминовых кислот в его составе в 3 раза выше, содержание аммиачного азота в 4,3 раза выше, чем при производстве способом - прототипом.
При дополнительной подаче воздуха незначительно повышается содержание гуминовых и фульвовых кислот и микроэлементов (от 1 до 7 процентов), при этом производительность процесса не возрастает.
Таким образом, способ по изобретению позволяет непрерывно с высокой производительностью получать гуминовый концентрат с высоким содержанием гуминовых и фульвовых кислот по упрощенной технологии без разрушения природной структуры веществ.