СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ПОЧВОГРУНТА И ТЕХНОГЕННЫЙ ПОЧВОГРУНТ
METHOD OF OBTAINING TECHNOGENIC SOIL AND TECHNOGENIC SOIL

Изобретение относится к области почвогрунтов, используемых для озеленения территорий, в частности, для выращивания газонов, цветников и древесно-кустарниковой растительности, которые получают с использованием различных ферментированных отходов.
Известен почвогрунт, который содержит торф, песок, компонент содержащий гумус и древесные опилки. В качестве компонента содержащего гумус использовано биоорганическое удобрение, полученное путем аэробной ферментации смеси отходов животноводства и измельченных древесных отходов, содержащее азот, фосфор и калий в доступных для растений формах. Соотношение компонентов почвогрунта составляет в масс.%: торф 25-30, песок 50-60, биоорганическое удобрение 2-5, древесные опилки - остальное (RU 2288907, 2006).
Известный почвогрунт не обеспечивает высокой всхожести посевного материала при создании газонов.
Известен почвогрунт «Малахит», который содержит слаборазложившийся верховой торф с кислотностью не меньше 2,5 pH и биокомпост при массовом соотношении 30:70 (Вариант 1) и 50:50 (Вариант 2), соответственно. Дополнительно почвогрунт содержит минеральные удобрения в виде азотных и/или фосфорных, и/или калийных удобрений в зависимости от содержания подвижных форм азота, фосфора и калия в биокомпосте. Содержащийся в почвогрунте биокомпост является продуктом аэробной ферментации твердых коммунальных и сельскохозяйственных отходов в присутствии микробного удобрения, содержащего ассоциацию активных микроорганизмов (RU 2366640, 2009).
Известен способ приготовления органоминерального удобрения, при котором в качестве сырья используют кварц-глауконитовый песок, смесь навоза и илового осадка, полученного при биологической очистке бытовых сточных вод. Смесь получают путем добавления навоза перед обработкой илового осадка обеззараживанием, обезвреживанием и сушкой. После обработки осадка и его смешивания с кварц-глауконитовым песком получают удобрение, содержащее мас.%: кварц-глауконитовый песок - 20…25; навоз - 10…15; иловый осадок - 60…70 (RU 2316523, 10.02.2008).
Описанные выше способы получения почвогрунтов в качестве исходного сырья в основном предлагают использовать сельскохозяйственные отходы.
Известен способ приготовления удобрения на основе бытовых городских отходов, согласно которому из бытовых городских отходов удаляют неорганические включения, измельчают, смешивают с осадком сточных вод городских станций аэрации, полученный компост высушивают при температуре от 75°C до 105°C, смешивают с основными минеральными удобрениями и микроэлементами, уплотняют и укладывают в тару (RU 2032646, 10.04.1995).
Для улучшения структуры почвы удобрения, полученные с использованием таких отходов, перед посадкой растений вносят в почву и перемешивают с ее верхним слоем.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения техногенного почвогрунта, который описан в RU 2293070,10.02.2007.
Согласно известному способу для получения почвогрунта используют осадки сточных вод коммунальных очистных сооружений. Используемые осадки забирают со станций очистки сточных вод. Осадки содержат следующие компоненты: иловый осадок, активный ил, песок из песколовок и надрешеточные отходы. В эти отходы вводят порошкообразный реагент, содержащий глину, известь, цемент, доломитовую муку. Полученную смесь выдерживают в течение суток при 100%-ной влажности, вводят растительный грунт из расчета массового отношения 1:(0,3-0,6) и добавку - низовой торф в соотношении 1:(0,2-0,25). Смесь выдерживают (ферментируют) в камере при 100% влажности в течение суток, фракционируют с получением техногенного почвогрунта.
Известный способ обеспечивает утилизацию осадка коммунальных сточных вод при одновременном получении техногенного грунта, который рекомендован для устройства газонов.
Однако известный почвогрунт не вполне эффективен для посадки цветников, кустарников и деревьев.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения почвогрунта, обеспечивающего повышение всхожести газонных травосмесей, кустарников и деревьев и расширении ассортимента утилизируемых отходов для получения почвогрунтов.
Поставленная задача решается заявляемым способом получения техногенного почвогрунта, который включает смешивание илового осадка с порошкообразным низинным торфом, введение природного грунта, твердофазную ферментацию и фракционирование. Способ характеризуется тем, что в качестве илового осадка используют иловый осадок станций водоподготовки, имеющий влажность не выше 75% и измельченный до фракции 5-7 мм, который предварительно смешивают с низинным торфом с влажностью не выше 50% при массовом отношении иловый осадок: низинный торф, равном 1:(1,7-1,8). Затем осуществляют ферментацию смеси путем ее компостирования в буртах при периодическом ворошении и перемешивании с получением биокомпоста с влажностью 50-55%, производят подсушку полученного биокомпоста до влажности 20-25% и смешивают его с котлованным грунтом на основе покровных и аллювиальных суглинков и флювиогляциальных песков из расчета массового отношения котлованного грунта к введенному для получения биокомпоста иловому осадку станций водоподготовки, равного (2,2-2,3):1.
При необходимости, в смесь для ферментации дополнительно вводят аммиачную селитру и/или мочевину в количестве 0,5-0,8% и двойной суперфосфат или фосфогипс в количестве 0,5-1,0%.
Предпочтительно, ферментацию проводят в течение 60-75 суток.
Поставленная задача решается также заявленным техногенным почвогрунтом, который получен в соответствии со способом, охарактеризованным выше, и который содержит котлованный грунт в количестве 44-46 мас.% и остальное - биокомпост, представляющий собой ферментированную смесь низинного торфа и илового осадка станций водоподготовки.
Техническим результатом заявленной группы изобретений является возможность использования в качестве сырья котлованных грунтов и илового осадка станций водоподготовки с получением качественного почвогрунта, который обеспечивает высокую всхожесть травяных смесей на газонах и высокую эффективность при устройстве цветников и посадке кустарников и деревьев.
Ниже приведены примеры приготовления заявленного почвогрунта, а также результаты, полученные при выращивании растений с его использованием.
Сырье:
- котлованный грунт, представляющий собой основные подстилающие материнские породы города Москвы (покровные суглинки, флювиогляциальные пески, аллювиальные суглинки);
- биокомпост, получен методом твердофазной аэробной ферментации смеси из илового осадка станций водоподготовки ГУП «Мосводоканал» и низинного торфа месторождений Московской, Тверской, Владимирской и Рязанской областей и др.;
- дополнительные компоненты - минеральные удобрения (азотные, фосфорные, калийные) в зависимости от степени обогащенности питательными элементами остальных компонентов сырья.
Ниже раскрыто влияние параметров способа на процесс получения продукта.
Влажность компонентов и исходной смеси
В исходной смеси присутствуют иловый осадок и низинный торф, при этом влажность илового осадка составляет не более 75%, а оптимальная влажность низинного торфа не более 50%. Если влажность компонентов смеси выше указанных величин, то влажность исходной смеси стабилизируют добавлением сухого торфа. Начальная влажность исходной смеси илового осадка и низинного торфа может составлять до 70%, а в процессе компостирования она снижается до оптимальной 60-65%. В процессе созревания биокомпоста содержание влаги еще более снижается (до 50-55%). В процессе ферментации происходит интенсивная потеря влаги компостной смесью в среднем на 15-20%. Для улучшения сроков хранения готового продукта биокомпост после его готовности подсушивают до влажности 20-25%. При данной влажности биокомпост хорошо хранится в течение длительного периода.
Аэрация в процессе ферментации
Качество аэрации компостируемой смеси зависит от частоты ворошения и перемешивания и от структуры компостируемой смеси, представляющей собой трехфазную систему, состоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз. Минимальное свободное газовое пространство смеси составляет не менее 30%, т.е. смесь обладает достаточно хорошей пористостью. При компостировании важно осуществлять равномерное перемешивание всего объема компостной массы. В компостируемой смеси концентрация кислорода составляет не менее 10-12%, это особенно важно в течение первых 8-10 суток, что является необходимьм для нормальной работы аэробной микрофлоры.
Температура субстрата и подаваемого воздуха
Компостные смеси на основе илового осадка с добавлением низинного торфа характеризуются саморазогревом. Для инициации процесса компостирования в начале процесса компоненты тщательно измельчают и перемешивают, после чего оставляют на 10-15 дней для саморазогрева с обязательным последующим перемешиванием компостируемой массы через каждые 10 суток. При этом максимальные температуры процесса (60-65°С) достигаются на 35-40 сутки, затем происходит созревание биокомпоста, сопровождающееся постепенным снижением температуры. Оптимальными температурами для завершения цикла компостирования являются температуры 60-65°С. При достижении равномерной по всему объему смеси температуры 60°С полная гибель патогенной микрофлоры наступает через трое суток, а потеря всхожести сорняков наблюдается через 1,5 суток.
Отношение углерода к азоту
Оптимальное соотношение углерода к азоту (от 20 до 28) обеспечивается смесью заявленного состава. Заявленный состав смеси обеспечивает также хорошую скорость ферментации и наилучшее качество готового биокомпоста.
Физические свойства исходной смеси
Дробление илового осадка перед смешиванием с низинным торфом способствует более равномерному нагреву смеси, уменьшает избыточное высушивание вследствие нарушения капиллярной системы и предохраняет компостируемую массу от избыточной потери тепла.
Механическое дробление компонентов обеспечивает нагрев компостируемой массы, имеющей положительную температуру, в среднем на 5°C больше, чем нагрев компостных смесей, содержащих недробленые компоненты.
2
Степень измельчения компонентов составляет 5-7 мм, т.к. измельчение на частицы размером менее 5 мм приводит к повышению плотности и ухудшению порозности компостной смеси, что приводит к ухудшению поступления кислорода в объем, уменьшению выделения CO из объема и снижению скорости компостирования.
Измельчение компонентов позволяет почти на 25% увеличить выход биокомпоста с единицы массы перерабатываемой смеси. При этом количество отходов при контрольной сепарации снижается с 25-35% до 10-15% от веса перерабатываемой массы. Отходы, получаемые при контрольной сепарации, возвращают в исходную смесь в качестве бактериальной затравки.
Минеральные добавки
При производстве биокомпостов на основе илового осадка и низинного торфа, содержащего большое количество углерода, недостаток азота в исходной смеси компенсируют внесением 0,5-0,8% азотных удобрений (аммиачной селитры, мочевины), что приводит к ускорению процесса компостирования и получению биокомпоста более сбалансированного по питательному составу. Для получения более сбалансированного по элементам питания биокомпоста и увеличения в нем доступного фосфора в исходные смеси добавляют 0,5-1,0% фосфоритной муки (двойного суперфосфата, фосфогипса). Кроме того, нейтральная или слабощелочная среда исходных смесей стабилизируется введением в качестве минеральных добавок кислых азотных удобрений.
Время ферментации
Срок приготовления компоста обусловлен длительностью протекания в субстрате всех стадий термической переработки, в процессе которой уничтожается патогенная микрофлора.
Технологическую схему производства биокомпостов на основе илового осадка и низинного торфа осуществляют в следующей последовательности:
- измельчение илового осадка и низинного торфа до частиц размером 5-7 мм;
- смешивание илового осадка и низинного торфа при массовом отношении иловый осадок : низинный торф, равном 1:(1,7-1,8);
- внесение (при необходимости) минеральных удобрений, обеспечивающих требуемое количество азота, фосфора и калия, и стимулирующих процесс ферментации;
- складирование полученной смеси в бурты;
- ферментация, которую осуществляют при перемешивании и ворошении полученной смеси (после 15 суток компостирования с периодичностью в 10 суток), и созревание компоста, сопровождающееся снижением температуры смеси.
Полностью готовый биокомпост на основе илового осадка и низинного торфа получают на 60-75 сутки;
- контрольная сепарация и фракционирование биокомпоста.
Полученный биокомпост на основе илового осадка и низинного торфа представляет собой рыхлую массу темно-бурого цвета, состоящую из частиц размером от 1-2 мм до 0,6 см, не обладающую неприятными запахами.
Подготовка котлованного грунта
Котлованный грунт зачастую имеет в своем составе определенные включения, как естественного (камни, валуны, крупные корни), так и техногенного происхождения (строительный мусор), поэтому осуществляют первичное просеивание через сита размером ячеек не более 50×50 мм.
Котлованный грунт в зависимости от его механического состава (покровные суглинки, флювиогляциальные пески, аллювиальные суглинки) дробят на специальных грохотах для получения частиц размером не более 50 мм, после этого также производя просеивание раздробленного материала через сита с размером ячеек не более 20×20 мм.
Подготовленный котлованный грунт смешивают из расчета массового отношения грунта к иловому осадку станций водоподготовки, введенному на стадии получения биокомпоста, равного (2,2-2,3):1.
В результате получен техногенный почвогрунт, который содержит котлованный грунт в количестве 44-46 мас.%, и остальное - биокомпост, представляющий собой ферментированную смесь низинного торфа и илового осадка станций водоподготовки. Таким образом, количество исходных компонентов в целевом продукте составляет:
низинный торф - 34-36%;
иловый осадок станций водоподготовки - 20%;
котлованный грунт - 44-46%.
Ниже приведены результаты, характеризующие качество полученного почвогрунта и его влияние на всхожесть и рост растений.
Таблица 1
Характеристики почвогрунтов
Параметр
Низинный торф:котлованный фунт:иловый осадок 34:46:20
Низинный торф:котлованный грунт:иловый осадок 36:44:20
Низинный торф:котлованный грунт:иловый осадок + удобрения 34:46:20
Низинный торф:котлованный грунт:иловый осадок 35:45:20
Гранулометрический состав (содержание физической глины, %)
легкий суглинок (24)
легкий суглинок (27)
легкий суглинок (26)
легкий суглинок (24)
pH<sub>KCl</sub>
5,94
6,96
5,51
6,30
Содержание органического вещества, %
11,26
11,49
11,70
14,0
Таблица 2
Влияние почвосмесей на величину биомассы газонных травосмесей, г/сосуд
Составы почвогрунта
Варианты травосмеси
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Торф низинный
6,4
6,8
6,7
Котлованный грунт
5,3
5,3
5,7
Низинный торф:котлованный грунт 30:70
11,0
10,5
10,6
Низинный торф:котлованный грунт:иловый осадок 34:46:20
12,3
11,8
11,6
Низинный торф:котлованный грунт:иловый осадок 6:44:20
12,7
13,0
12,4
Низинный торф:котлованный грунт:иловый осадок + удобрения 34:46:20
14,1
13,8
13,6
Низинный торф:котлованный грунт:иловый осадок 35:45:20
15,4
15,7
16,2
Вариант 1 - газонная «Дорожная» (Россия) - 30% Райграс однолетний; 30% Овсяница луговая; 10% Райграс многолетний; 30% Тимофеевка луговая.
Вариант 2 - универсальная (Россия) - 15% Тимофеевка луговая; 45% Овсяница луговая; 25% Райграс многолетний; 15% Райграс однолетний.
Вариант 3 - декоративная «Универсальная» (для приусадебного озеленения) (Дания) - 40% Овсяница красная; 20% Мятлик луговой; 15% Райграс многолетний.
Таблица 3
Влияние почвогрунта на всхожесть семян древесных пород, % проростков семян (из 20 семян) на 20-е сутки
Вариант почвогрунта
Береза*
Клен**
Торф низинный
5
10
Котлованный грунт
0
5
Низинный торф:котлованный грунт:иловый осадок 34:46:20
15
25
Низинный торф:котлованный грунт:иловый осадок + удобрения 34:46:20
30
40
Низинный торф:котлованный грунт:иловый осадок 36:44:20
50
50
Низинный торф:котлованный грунт:иловый осадок 35:45:20
55
60
* Береза повислая/бородавчатая (Betula pendula)
** Клен ясенелистный (Acer negundo)