Современные проблемы науки и образования. Гуматы Состав гуминовых веществ

Изобретение относится к способам переработки торфа, а именно к способу получения гумата натрия. Исходный материал (торф) с естественной влажностью просеивают до размера частиц не более 3 мм. Фасуют его вместе с реагентом NaOH в пакеты из нетканого гигроскопичного материала, причем NaOH помещают в отдельный пакет также из нетканого гигроскопического материала. Пакеты с торфом и реагентом NaOH плотно укупоривают. Для получения маточного раствора пакет с торфом и NaOH помещают в емкость, заливают водой, нагретой до 60-65 o С, в соотношении исходный материал /жидкость 1:20-1:25. Надавливают на пакет до намокания. Емкость плотно закрывают и настаивают в течение 5 ч. Затем тщательно перемешивают жидкость в емкости. Пакет отжимают и вынимают из емкости. Объем пакета для реагента NaOH выбирают в два раза больше объема этого реагента. Объем пакета для торфа в 3-3,5 раза больше объема торфа. На 1 кг исходного материала используют 100-120 г NaOH. Изобретение позволяет получить концентрированный и биологически активный маточный раствор гумата натрия. 1 табл.

Изобретение относится к способам переработки торфа, а именно к способу получения маточного раствора гумата натрия из торфа, и может найти применение в различных областях - в сельском хозяйстве, ветеринарии, медицине и в пищевой промышленности. Гумат натрия - биологически активное вещество (БАВ), которое может применяться, например, в сельскохозяйственном животноводстве и птицеводстве в качестве ветеринарного препарата, в качестве кормовой добавки; в медицине как биологически активная добавка (БАД), в пищевой промышленности в качестве БАД. Поиск нетрадиционных источников сырья (исходного материала) для приготовления БАВ и БАД всегда актуален. Известно получение гумата натрия из торфа и каменного угля путем обработки щелочью натрия ("Аграрная наука", 1, 2000, с.13-14). Известен способ получения гумата натрия (пат. РФ 2150484, С 10 F 7/00 от 21.04.99), включающий сушку торфа, измельчение его до размера частиц не более 1 мм, просеивание и фасовку вместе с реагентом NaOH в пакеты из нетканого гигроскопического материала размером 3640 см. На 1 кг торфа берут 50 г NаОН, пакеты плотно укупоривают. Для получения маточного раствора пакеты помещают в пластмассовую емкость и заливают водой при температуре 70-80 o C в соотношении исходный материал: жидкость 1:20-1:25. Надавливая на пакет, жидкость тщательно перемешивают в течение 10-15 мин до появления пены коричневого цвета, затем емкость плотно закрывают и запаривают в течение 2-3 часов, снова тщательно перемешивают жидкость в емкости, пакет вынимают из емкости и тщательно отжимают (прототип). Технической задачей изобретения является упрощение способа, а также получение более концентрированного и биологически более активного маточного раствора гумата натрия. Для решения технической задачи предлагается способ получения гумата натрия, включающий просеивание исходного материала, обработку исходного материала с выделением целевого продукта, причем в качестве исходного материала используют, например, осоковый низинный фрезерный торф, который после просеивания фасуют вместе с реагентом NaOH в пакеты из нетканого гигроскопического материала, пакеты плотно укупоривают, для получения маточного раствора пакеты помещают в емкость и заливают водой в соотношении исходный материал: жидкость 1:20-1:25, надавливая на пакет тупым предметом до намокания пакета, емкость плотно закрывают, после обработки исходного материала полученный исходный материал снова тщательно перемешивают в емкости, пакет вынимают из емкости и тщательно отжимают, отличающийся тем, что исходный материал используют с естественной влажностью 45%, просеивают его до размера частиц не более 3 мм, реагент NaOH помещают в отдельный пакет из нетканого гигроскопического материала для обеспечения исключения несанкционированного контакта реагента NаОН с исходным материалом, размер пакета для реагента NaOH выбирают исходя из условия: объем пакета в два раза больше объема реагента, размер пакета для исходного материала (торфа) выбирают из условия: объем пакета в 3-3,5 раза больше объема торфа, на один килограмм исходного материала (торфа) берут 100-120 г реагента NаОН, воду для обработки исходного материала нагревают до температуры 60-65 o С, настаивание ведут в течение 5 часов. Пакеты с исходным материалом и реагентом пропаивают двойным швом. Укупоренный пакет помещают еще в один пакет из полиэтилена толщиной не менее 40 мкм, который тоже пропаивают двойным швом. Для предотвращения начала частичной реакции нейтрализации торфа пакеты хранят при температуре от -10 до +10 o C. Для получения маточного раствора гумата натрия используют любые емкости, кроме алюминиевых. Используемые емкости имеют плотно закрывающуюся крышку и горловину, в которую должен проходить пакет с исходным материалом. В сравнении с прототипом предлагаемый способ позволяет упростить и удешевить технологию получения гумата натрия за счет исключения операций сушки и измельчения торфа; получить более концентрированный и биологически активный маточный раствор гумата натрия за счет более полной нейтрализации торфа. За счет снижения температуры воды до 60-65 o C, увеличения количества реагента NаОН, увеличения времени настаивания удалось значительно изменить химический состав маточного раствора по сравнению с аналогом, например: в составе появилось пятнадцать аминокислот, отсутствующих в аналоге, т.к. при температуре 70 o С эти аминокислоты распадаются; увеличилось количество гуминовых кислот в растворе с 2,1% (в аналоге) до 3,6%; содержание натрия в растворе увеличилось в 4,0 раза, содержание кальция - в 4,5 раза, йода - в 2,4 раза; рН изменился с 6,5 (аналог) до 7,15, т.е. раствор более нейтральный; отсутствуют тяжелые металлы и вредные примеси: свинец, мышьяк, хром, никель, нитраты. Далее для сравнения приведена таблица химического состава гумата натрия, полученного способом-аналогом и предлагаемым способом.

Формула изобретения

Способ получения гумата натрия, включающий просеивание исходного материала, например, осокового низинного фрезерного торфа, обработку его с выделением целевого продукта - маточного раствора, причем после просеивания исходный материал фасуют вместе с реагентом NaOH в пакеты из нетканого гигроскопического материала, пакеты плотно укупоривают, для получения маточного раствора пакеты помещают в емкость и заливают водой в соотношении исходный материал/жидкость 1: 20-1:25, надавливают на пакет тупым предметом до намокания пакета, емкость плотно закрывают, ведут обработку исходного материала, после которой жидкость в емкости тщательно перемешивают, пакет вынимают из емкости и тщательно отжимают, отличающийся тем, что исходный материал используют с естественной влажностью, просеивают его до размера частиц не более 3 мм, реагент NaOH также фасуют в отдельный пакет из нетканого гигроскопического материала, размер пакета для реагента NaOH выбирают исходя из условий: объем пакета в два раза больше объема реагента, размер пакета для исходного материала выбирают из условия: объем пакета в 3-3,5 раза больше объема исходного материала, на 1 кг исходного материала берут 100-120 г реагента, воду для обработки исходного материала нагревают до температуры 60-65 o С, настаивание ведут в течение 5 ч.

Похожие патенты:

Изобретение относится к составам для брикетированного топлива и может быть использовано при утилизации углеводородных шламов и дисперсных углеродных отходов при производстве топлива, используемого в промышленности и для промышленно-бытовых нужд, в особенности в малых котельных

Хализев К.А. 1

1 МБОУ "СОШ № 1г. Строитель Белгородской области"

Меремьянина Т.Г. 1

1 Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 1 г. Строитель Яковлевского района Белгородской области»

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

СОДЕРЖАНИЕ

	ВВЕДЕНИЕ
	АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
	Состав гуминовых кислот
	Механизм действия гуминовых кислот в составе вермикомпоста
	Ассортимент выпускаемых гумусовых препаратов
	ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
	Материалы и методы исследований
	РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
	Физико-химический состав гумусового препарата
	Изучение биологической активности препарата
	ЗАКЛЮЧЕНИЕ
	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
	ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Гумусовые вещества - это сложные смеси устойчивых к биодеструкции высокомолекулярные темноокрашенные органические соединения природного происхождения, образующихся при разложении растительных и животных остатков под действием микроорганизмов или абиотических факторов среды.

Гуминовые кислоты можно извлекать из гумифицированных природных продуктов (торф, бурый уголь, каменный уголь и вермикомпост) водными растворами щелочей.

Гумусовые кислоты - это высокомолекулярные полимерные соединения, нерастворимые в воде и обладающие свойством малоподвижности . Поэтому для использования в сельскохозяйственном производстве их необходимо максимально перевести в доступное для растений и животных растворимое состояние.

Основой для получения гуминовых препаратов является способность их образовывать водорастворимые соли с одновалентными катионами натрия, калия и аммония.

Препараты, изготовленные на основе гуминовых кислот, содержат аминокислоты, полисахариды, углеводы, витамины, макро и микроэлементы, гормоноподобные вещества. Они характеризуются устойчивостью, полифункциональностью и обладают сорбционными, ионообменными и биологически активными свойствами. Для гуминовых кислот (ГК) характерен общий тип состава и строения. Однако в зависимости от исходного субстрата, метода выделения и хранения показатели состава и строения могут варьировать, а в связи с этим меняется их физиологическая активность.

Актуальность данного исследования определяется необходимостью разработок новых экологически безопасных биологических препаратов, использование которых в значительной степени будет способствовать повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

Гипотеза исследования: гуминовые соединения в растворенной форме можно получить из вермикомпоста с помощью химических, физических и механических воздействий.

В качестве теоретической основы и информационной базы проводимого исследования использовались работы отечественных авторов в области агрохимии и почвоведении. Информационными источниками для написания данной работы стали стандарты и научные публикации.

Цель исследования: выделение гумусовых веществ путем использования химических, физических и механических воздействий на вермикомпост для максимального перевода гуминовых соединений в раствор.

Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи :

изучить научную литературу о составе и механизме влиянии гуминовых веществ на сельскохозяйственные растения;

изучить ассортимент выпускаемых гумусовых препаратов и методы их выделения;

освоить физико-химические методы выделения гумусового препарата, а также испытать полученный препарат на соответствие качеству и безопасности;

изучить биологическую активность полученного гумусового препарата по результатам его воздействия на семена огурцов сорта «Дальневосточный».

Объектом исследования являлся вермикомпост, полученный в мини-вермилаборатории Испытательной лаборатории УНИЦ «Агротехнопарка» ФГБОУ ВПО БелГСХА им.В.Я.Горина от компостных червей гибридной линии Белгородская.

Предметом исследования стали гуминовые вещества, выделенные из вермикомпоста.

При проведении исследования были использованы следующие методы: экспериментальный метод (экстракция и осаждение гуминовых веществ, физико-химические и биологические испытания препарата), наблюдение и методы статистического анализа.

Исследования проводились в химической лаборатории МБОУ «СОШ №1 г. Строитель Яковлевского района Белгородской области» и в Испытательной лаборатории ФГОУ ВПО БелГСХА им. В.Я.Горина.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Состав гуминовых веществ

История изучения гуминовых веществ насчитывает уже более двухсот лет. Впервые их выделил из торфа и описал немецкий химик Ф.Ахард в 1786 году. Немецкие исследователи разработали первые схемы выделения и классификации, а также ввели и сам термин - «гуминовые вещества» (производное от латинского humus - «земля» или «почва»). В исследование химических свойств этих соединений в середине XIX века большой вклад внес шведский химик Я.Берцелиус и его ученики, а потом, в XX веке, и наши ученые-почвоведы и углехимики: М.А. Кононова, Л.А. Христева, Н. Александрова, Д.С. Орлов, Т.А. Кухаренко и другие. В классических работах Л.А. Христевой и М.М. Кононовой было впервые описано влияние обработки семян фульвокислотами и солями гуминовых кислот (гуматами) на рост первичных корней тест-культур.

Но затем интерес химиков к гуминовым веществам резко упал, так как было достоверно установлено, что это не индивидуальное соединение, а сложная смесь макромолекул переменного состава и нерегулярного строения (рис.1), к которой неприменимы законы классической термодинамики и теории строения вещества. В составе гумуса выделяют три группы соединений: специфические гумусовые вещества, неспецифические органические соединения и промежуточные продукты распада и гумификации. Третья группа включает в себя продукты частичного разложения органических остатков, которые по сумме признаков еще не могут быть отнесены к специфическим гумусовым веществам, но уже не являются веществами, характерными для живых организмов. Специфические вещества и неспецифические гумусовые соединения образуются в результате протекания процессов образования почв. Неспецифические гумусовые соединения синтезируются в живых организмах и поступают в почву в составе растительных и животных остатков. Специфические гумусовые вещества образуются непосредственно в почве в результате протекания процессов гумификации. Среди них выделяют прогуминовые вещества, гумусовые кислоты и гумин.

Гумин, или негидролизуемый остаток, - это та часть органического вещества почвы, которая не растворима в кислотах, щелочах и органических растворителях. Прогуминовые вещества сходны с промежуточными продуктами распада органических остатков. Их присутствие обнаруживается при детальном фракционировании выделенных из почвы препаратов. Гумусовые кислоты - класс высокомолекулярных азотсодержащих оксикислот с ароматическим ядром, входящим в состав гумуса и образующихся в процессе гумификации.

Рис. 1. Формула структурной ячейки гуминовой кислоты (по Д. С.Орлову)

На основании различной растворимости в воде, кислотах, щелочах и спирте гумусовые кислоты подразделяют на гуминовые кислоты, гиматомелановые кислоты и фульвокислоты. Гуминовые кислоты - группа темно-окрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и не растворимых в кислотах. Гиматомелановые кислоты - группа гумусовых кислот, растворимых в этаноле. Фульвокислоты - группа гумусовых кислот, растворимых в воде, щелочах и кислотах.

Обычно при проведении анализов гумусовые кислоты экстрагируют из почвы растворами щелочей (0,1-0,5 н. NaOH). При подкислении щелочной вытяжки до рН (1 - 2) гумусовые и гиматомелановые кислоты выпадают в осадок. В растворе остаются только фульвокислоты. При обработке образовавшегося осадка этанолом гиматомелановые кислоты переходят в спиртовой раствор, окрашивая его в вишнево-красный цвет.

Группу гуминовых кислот разделяют на две подгруппы: черные (серые) и бурые гуминовые кислоты. Гуминовые кислоты, обогащенные углеродом (преимущественно в черноземных почвах), в отечественной литературе называют черными, а в зарубежной - серыми. Черные и бурые гуминовые кислоты могут быть разделены методом высаливания: при обработке 2 н. раствором NaCl черные гуминовые кислоты коагулируют и выпадают в осадок.

Гуминовые кислоты имеют следующий элементный состав: 50-60% углерода, 2-6% водорода, 31-40% кислорода и 2-6% азота. Колебания в элементном составе гуминовых кислот объясняются тем, что они не являются химически индивидуальными кислотами определенного строения, а представляют собой группу высокомолекулярных соединений, сходных по составу и свойствам.

По данным гель-хроматографических исследований, нижний предел молекулярных масс гуминовых кислот определяется значениями 5000-6000 Дальтон (Д). Встречаются кислоты с молекулярной массой 400 000-650 000 Д. Однако основное количество гуминовых кислот имеет молекулярную массу 20 000-80 000 Д.

Таким образом, гумусовые кислоты благодаря особенностям молекулярного строения активно влияют на миграцию и аккумуляцию химических элементов в почве и природных вода.

1.2.Механизм действия гуминовых веществ в составе вермикомпоста

Механизмы, благодаря которым вермикомпост реализуют свое регуляторное действие на почву и растения окончательно не раскрыты. Более высокую эффективность применения вермикомпостов и их фракций на рост и развитие растений объясняют их влиянием на синтез белков, воздействием на метаболические реакции, снижение активности ингибиторов дыхания и проявления гормоноподобных свойств. В литературе описаны несколько возможных главных механизмов влияния фракций вермикомпоста на растения:

1.Оптимизация корневого питания растений. Непосредственное поступление питательных веществ и микроэлементов; мобилизация соединений фосфора в биодоступные формы; мобилизация и транспорт катионов переходных металлов (в частности, меди, железа и цинка) в доступной растениям хелатной форме. Оптимизация свойств почвы: обеспечение энергии для почвенных микроорганизмов и усиление микробиологической деятельности, усиление водоудерживающей способности, упрочнение структуры и др.

2.Оптимизация внекорневого питания растений. Фракции вермикомпостов содержат в разных количествах гуминовые и фульвокислоты, которые будучи поверхностно-активными веществами, снижают поверхностное натяжение водных растворов, увеличивая тем самым проницаемость клеточных мембран. В свою очередь это оптимизирует пропускную способность транспортной системы растений: ускоряет передвижение питательных веществ. Это ускоряет метаболизм энергии, интенсивность фотосинтеза и синтез хлорофилла.

3. Влияние гуминовых веществ на физиологические процессы растений. Предполагается, что гуминовые вещества усиливают синтез высокоэнергетического аденозинтрифосфата (АТФ) в клетках, который участвует в оптимизации дыхания растений. Некоторые молекулярные составляющие гуминовых веществ приводят к формированию ростовых фитогормонов или действуют как «гормоноподобные» вещества, усиливают ферментативную активность, в частности содержание каталазы, пероксидазы, дифенилоксидазы и инвертазы. Вермиудобрения влияют на детоксикацию или инактивацию токсикантов в почве - ее обычно связывают с сорбционной емкостью биогумуса, количеством сильных и слабых кислых функциональных групп, гидрофобностью, сорбционной емкостью в отношении тяжелых металлов и ксенобиотиков.

На взгляд Демина В.В., Терентьева В.А., Завгородней Ю.А. и Бирюкова М.В. биологическое действие гуминовых веществ на живые организмы обусловлено тем, что интактные молекулы гуминовых веществ и остатки их внутриклеточного переваривания локализуются в клеточных стенках или в слое, непосредственно, примыкающем к цитоплазматической мембране . Таким образом, на поверхности живой клетки возникает подобие активного ажурного фильтра, способного выполнять следующие функции:

перехватывать ионы тяжелых металлов, связывая их в устойчивые комплексы хелатного типа;

перехватывать молекулы ксенобиотиков;

связывать свободные радикалы, образующиеся в плазматической мембране, в результате перекисного окисления липидов.

Из литературы известно, что гуматы безвредны для человека и животных, не обладают аллергирующим, анафилактогенным, тератогенным, эмбриотоксическим и канцерогенными свойствами .

1.3. Ассортимент выпускаемых гумусовых препаратов

Ассортимент выпускаемых регуляторов обмена веществ гуминового происхождения:

Гуминат - гумат натрия. Разработан в Днепропетровском СХИ, представляет собой натриевые соли суммы гуминовых кислот в виде порошка. Получают методом щелочной экстракции. Препарат относится к биогенным стимуляторам;

Гумин НS-1500 - синтетический продукт, биоаналог гуминовым веществам. Получают путем аутооксидации, производят в виде щелочной соли высокой степени чистоты и постоянного состава (фирма Rudgers-Werke, ФРГ). Исходными продуктами являются ароматические полигидроксильные соединения, преобразуемые многоступенчатой реакцией в препарат со средней молекулярной массой 1500. Полученное гуминовое вещество полностью и легко растворяется в воде;

Биостимулятор торфяной (БСТ). Разработан во ВНИИ торфяной промышленности (г. Санкт-Петербург). Препарат получают окислением кислородом воздуха водно-щелочной суспензии торфа. Получаемые продукты окисления представляют собой полифункциональные органические кислоты с молекулярной массой от 1000 до 40000;

Оксидат - предложен институтом торфа АН БССР. Получают его по новой технологии при окислении-аммонизации торфяной органики. Препарат представляет собой жидкость, содержащую 5-10% сухого вещества, в которой имеется широкий спектр макро- и микроэлементов.

Нитрогуминовый стимулятор (НГС). Технология получения разработана в Калининском филиале ВНИИТП методом окисления азотной кислотой верховых торфов повышенной степени разложения с последующей нейтрализацией аммиачной водой;

Гумадапт - новый гуминовый препарат, регулятор обменных процессов и активный детоксикант и другие .

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Материалы и методы исследований

Материалом для исследования послужил вермикомпост (Приложение - I , таблица - 1) , полученный в мини-вермилаборатории Испытательной лаборатории УНИЦ «Агротехнопарка» ФГБОУ ВПО БелГСХА им.В.Я.Горина от компостных червей гибридной линии Белгородская (Приложение - II). Это структурированный продукт темно-коричневого цвета с приятным землистым запахом. Из него получали гуминовый препарат. Рабочий раствор гуминового препарата готовили на дистиллированной воде путем разбавления исходных концентратов. Тестирование биологической активности полученного препарата осуществляли на семенах огурцов в соответствие с ГОСТ Р 54221, рН - ГОСТ Р 54221.

В работе также приведены данные лабораторных исследований полученного гуминового препарата, которые были проведены в аккредитованной испытательной лаборатории с использованием аппаратуры и приборов для химического исследования состава препаратов.

По данным элементного состава оценивались изменения в химическом составе микрокомпозитов выделенных фракций. Массовую долю влаги определяли по ГОСТ Р 52917; зольность - по ГОСТ 11022; общий азот, азот аммонийный и нитратный - ГОСТ 26715, ГОСТ 26716; свободные гуминовые кислоты (ГК) - ГОСТ Р 54221 и ГОСТ 9517; Р 2 О 5 и К 2 О - ГОСТ 26 717, ГОСТ 26718; минеральные элементы - по ГОСТ 30692; определение группового фракционного состава гумуса осуществлялось по схеме Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой.

Факторы, влияющих на выход гуминовых кислот: температура, время экстракции, концентрации щелочи, массовое соотношение субстрат: щелочь. Оптимальными условиями экстракции гуминовых кислот из вермикомпоста являются: температура экстракции - 25 0 С, время проведения экстракции -24 часа, с использованием ротатора - 240 мин, концентрации щелочи для экстракции - 0,2 н NaOH, концентрации кислот для осаждения ГВ - 1н H 2 SO 4 .

Меры безопасности :

Класс oпаснoсти перпарата - IV (малoопасное вещество)

При работе неoбхoдимo пoльзоваться перчатками, нельзя пить, курить, принимать пищу. Пoсле работы следует вымыть лицo и руки водой с мылом.

При пoпадании на кожу - прoмыть водoй с мылом.

При попадании в глаза - прoмыть большим количеством воды.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Путем подбора параметров и реактивов для экстракции и осаждения гуминовых веществ был получен гуминовый препарат с максимальным выходом растворимых гуминовых кислот.

Таблица 2 - Выход гумусовых кислот

3.1. Физико-химический состав гумата натрия

Химическая характеристика гуминового препарата представлена в таблице 3 (данные Испытательной лаборатории БелГСХА).

Таблица 3 - Физико-химический состав гумусового препарата

Наименование показателя	ГУМАТ НАТРИЯ
Влага, %
Зольность, %
Общий азот, мг%
Азот аммонийный, мг%
Азот нитратный, мг%
Свободные гумусовые кислоты, г/л
рН, ед.
Р 2 О 5, мг/л
К 2 О, мг/л
Натрий, мг/л
Кальций, мг/л
Кадмий, мг/л
Свинец, мг/л
Мышьяк, мг/л
Ртуть, мг/л
Железо, мг/л
Медь, мг/л
Марганец, мг/л
Цинк, мг/л
Сера, мг/л
Магний, мг/л

При определение рН приготовленного раствора выяснили, что значение этого показателя находится в пределах 7,89-8,75, что предполагает стабильность препарата в отношении фотодеструкции и повышенную устойчивость к воздействию света.

3.2. Изучение биологической активности препарата

В опытах на семенах огурцов под действием 0,005% водных растворов, приготовленных из изучаемого препарата, отмечено увеличение всхожести семян, биологической активности ГК по увеличению массы проростков, длины стеблей и корней в среднем на 2,0-4,0% (табл. 4, рис. 2-3). Всхожесть семян на третьи сутки выращивания составила 62 % против контроля 35%. То есть все препарат служил стимулятором всхожести семян в тестовом опыте.

Таблица 4 - Биологическая активность гуминовых препаратов

Рис. 2. Изучение интенсивности роста зародышевых корешков

Рис. 3. Изучение интенсивности роста зародышевых корешков

методом тестирования на семенах огурцов по ГОСТ Р 54221- 2010

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выделен препарат ГУМАТ НАТРИЯ из вермикомпоста (полученного при переработке навоза компостными червями гибридной линии Белгородская, Приложение - 2 ). Препарат содержат в 1 л: гуминовых кислот не менее 78г, питательные вещества фосфор, калий, натрий, сера и биогенные микроэлементы.

Полученный препарат можно использовать для производства органической продукции, для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Рекомендательно препарат ГУМАТ НАТРИЯ применять в виде рабочего раствора концентрацией 0,005-0,01% по основному веществу путём предпосевной обработки посевного или посадочного материала и некорневой обработки растений в период вегетации.

Экономическая эффективность - применение гуминовых препаратов повышает урожайность сельскохозяйственных культур в среднем на 5-17%.

5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.СанПиН 2.3.2.2354 - 2008. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы, VI. Санитарно-эпидемиологические требования к органическим продуктам. Дополнения и изменения № 8 к СанПиН 2.3.2.1078-01. Зарегистрировано в Минюсте России 23.05.2008 № 11741

2.ГОСТ 9517-94 Топливо твердое. Методы определения выхода гуминовых кислот- М.: изд. Стандартов. -1996

3.ГОСТ 26713-85. Удобрения органические. Метод определения влаги и сухого остатка. - М.: изд. Стандартов. -1986, с. 4-6.

4. ГОСТ 26715-85. Удобрения органические. Метод определения общего азота. - М.: изд. Стандартов. -1986, с. 9-20.

5.ГОСТ 26716-85. Удобрения органические. Метод определения аммонийного азота. - М.: изд. Стандартов. -1986, с. 21-28.

6. ГОСТ 26717-85. Удобрения органические. Метод определения общего фосфора. - М.: изд. Стандартов. -1986, с. 29-34.

7. ГОСТ 26718-85. Удобрения органические. Метод определения общего калия. - М.: изд. Стандартов. -1986, с. 35-38.

8.ГОСТ 30178-1996. Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов

9.ГОСТ 30692-2000. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Атомно-абсорбционный метод определения содержания меди, свинца, цинка и кадмия

10. ГОСТ Р 52917-2010. Гуминовые препараты из бурых и окисленных каменных углей. Методы испытания. - М.: Стандартинформа- 2012

11.ГОСТ Р54221-2010 Гуминовые препараты из бурых и окисленных каменных углей. Методы испытания. - М.: Стандартинформа- 2012

12.Асмаев М.П. Кинетическая модель процесса получения биогумуса с использованием вермикультуры / М.П.Асмаев, Д.Л. Пиотровский // Изв.вузов.пищетехнолгия. -1997. - № 2-3. С.84.

13.Балабанов С.С. Попытки исправить (ускорить) естественный процесс гумусообразования в обрабатываемых почвах / С.С. Балабанов, Н.И. Картамышев, В.Ю. Тимонов, Н.М. Чернышева // Вестник Курской ГСХА. - 2010. -№ 1- с.63 - 66

14.Барне А. Ж. Динамика сброса коконов у компостного червя Eisenia foetida / А.Ж. Барне // В сб.: Материалы I-й международной конференции «Дождевые черви и плодородие почв». - Владимир, 2002. - С. 7 - 8.

15.Беркович А.М. Антиоксидантные свойства нового ветеринарного препарата, содержащего гуминовые вещества - лигфола /А.М. Беркович, С.В. Бузлама // Свободные радикалы, антиоксиданты и здоровье животных: международная научно-практическая конференция, 21-23 сентября 2004 г., Воронеж: сб. науч. тр. - Воронеж: изд-во ВГУ, 2004. - С. 174-179

16.Бирюкова О.Н. Характеристика органического вещества вермикомпостов / О.Н. Бирюкова, Суханова Н.И. // Материалы IV Международного конгресса по биоконверсии органических отходов/, г. Ковров-2004

17.Болотецкий Н. М. О технологии получения гибридных линий навозного червя Eisenia foetida (Sav.) / Н.М. Болотецкий, Кодолова О. П., Нефёдов Г. Н., Правдухина О. Ю., Трувеллер К. А. // В сб.: Тезисы докладов II Международной конгресса. Биоконверсия органических отходов народного хозяйства и охрана окружающей среды. - Ивано-Франковск. - 1992. - С. 17-18.

18.Быкин А.В. Биологические аспекты воспроизводства плодородия почвы при внесении вермикомпоста. / Быкин А.В. // Агрохимический вестник. - 1997. - №6. - стр.5-6.

19.Гоготов И.Н. Характеристика биогумусов и почвогрунтов, производимых некоторыми фирмами России / И.Н.Гоготов // Агрохимический вестник. - 2003. - №1. - стр.11.

20.Горовая А.И. Гуминовые вещества. Строение, функции, механизм действия, протекторные свойства, экологическая роль / А.И.Горовая, Орлов Д.С., Щербенко О.В. // Гуминовые вещества. Строение, функции, механизм действия, протекторные свойства, экологическая роль. - Киев, Наукова Думка. - 1995.

21.Демин В.В. Вероятный механизм действия гуминовых веществ на живые клетки / В.В.Демин, Терентьев В.А., Завгородняя Ю.А., Бирюков М.В. // В сб.: Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. Новосибирск, 9-13 августа 2004г.-Новосибирск, Изд-во Наука-центр, 2004. - С. 494

22.Евлоев Я.В. Эффективность современных форм организации сельскохозяйственного производства / Я.В. Евлоев // Международный сельскохозяйственный журнал. - 2000. № 3 - с. 10 - 14.

23.Олива Т.В. Современные подходы к выращиванию экологически чистой растениеводческой продукции в условиях защищенного грунта / Т.В.Олива // В сб.: Решение экологических проблем при производстве сельскохозяйственной продукции, Белгород, 2004.-С.50-52.

24.Олива Т.В. Опыт выращивания экологически чистой растениеводческой продукции в теплице с применением вермикомпоста / Т.В.Олива, Николаева И.В // В сб.: Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология на службе сельского хозяйства», Рязань, 2004.- С.44-48.

25.Орлов Д.С. Сравнительная характеристика некоторых вермикомпостов / Д.С. Орлов, Аммосова Я.М.., Садовникова Л.К. и др. // В сб. : Тез. докл. 3 междунар. конгресса “Биоконверсия органических отходов”. - Москва.- 1994 г. - С. 69-70.

26.Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Саврова А.Л. // Доклады АН, сер. «Геохимия», 1995, 345(4), - С. 1-3.

27.Христева Л.А. Действие физиологически активных гуминовых кислот на растения при неблагоприятных внешних условиях / Христева Л.А. // Гуминовые удобрения: теория и практика их применения. Днепропетровск, 1973, Т.4, с.15-23.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение I

Таблица 1 - Характеристика вермикомпоста на основе навоза КРС

№ п/п	Показатели
	Массовая доля влаги, % не более
	Органическое вещество, на сухой продукт, %, не менее
	Массовая доля азота общего, на сухой продукт, %, не менее
	Массовая доля фосфора общего в пересчете на Р 2 О 5 , %, не менее
	Массовая доля калия общего в пересчете на К 2 О, %, не менее
	Массовая доля подвижного цинка, мг/кг, не более
	Массовая доля подвижного кобальта, мг/кг, не менее
	Массовая доля подвижного меди, мг/кг, не более
	Семена сорных растений, тыс.шт., не более 100
	Жизнеспособные яйца гельминтов, спороцисты	отсутствуют
	Патогенные микроорганизмы, шт./дм 3 , в том числе сальмонеллы	отсутствуют
	Пестициды в сухом веществе, мг/кг

Приложение II

Фото 1. Компостный червь из рода эйсении Белгородской линии

Приложение III

Фото 2. Созданный вермикомпост в вермидорожке

1

В статье проведён анализ способов выделения из угля, или из низинного торфа биологически активных препаратов, в частности гуминовых препаратов. Анализировались способы извлечения гуминовых препаратов, описанные в литературе: физические, химические, микробиологические, биохимические, которые базируются на различном воздействии на органическое вещество. В качестве исходного опытного образца был взят низинный торф из месторождения «Горелище» Пензенской области. Показано, что из известных и исследованных способов воздействия на органическое вещество низинного торфа с целью получения биологически активных гуминовых препаратов предпочтение следует отдать способу, основанному на применения растворов едкого натрия и водного аммиака, обеспечивающие достижение выхода гуминовых кислот на уровне 80-85% от содержания общих гуминовых кислот, получившего название аммонизация торфа водным аммиаком с одновременным окислением извлекаемых из торфа органических веществ перекисью водорода.

стимуляторы роста растений

гуминовые кислоты

1. Отчёт о выполнении НИОКР по теме: "Исследование и разработка способов извлечения гумитоновых препаратов из торфа, разработка стимулятора роста растений Гумостим" (контракт №10203р/17354 от 28.04.2012) (заключительный)/ Донькин А. Е., Касимова Л. В., Роганов В.Р. и др. – ООО «ИнноТорф» ФГАНУ «ЦИТиС»№01201262318, Пенза, 2013.

2. Патент 2213452 РФ, МКИ 7 AOI N 65/00. Способ получения стимулятора роста растений /Л.В.Касимова. – Опубл. 10.10.03.

3. Применение гумата натрия в качестве стимулятора роста /Л.А.Христева, В.А.Реутов, Н.В.Лукьяненко и др. – //Гуминовые удобрения. Технология и практика их применения. – Днепропетровск,1973. – Т.4.

4. Христева Л.А. О природе действия физиологически активных форм гуминовых кислот и других стимуляторов роста растений //Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. – Киев: Урожай, 1968. – С.13-27/

5. Ярчук И.И. Данные к технологии получения гуматов натрия для удобрений из различных каустоболитов //Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. – Киев: ГИСХ УССР, 1962. – Т.2. – С. 513.

В настоящее время растёт интерес к торфу как источнику ценного сырья. Известные попытки использовать торф непосредственно как удобрение в виде торфяных горшочков не нашли широкого применения из-за невысокого эффекта. Более эффективно перерабатывать торф и полученные продукты использовать в сельском хозяйстве. Одним из таких направлений является получение гуминовых кислот и создания на их основе эффективных удобрений -- стимуляторов роста растений .

Анализ способов извлечения гуминовых кислот из торфов показал, что существуют различные способы получения биологически активных веществ из торфа, угля и другого природного органического вещества: физические, химические, микробиологические, биохимические, которые базируются на различном воздействии на органическое вещество, его гуминовый комплекс. Наиболее широкое использование для извлечения биологически активных веществ нашло применение водных растворов щелочей .

Из торфа получены такие стимуляторы роста растений как гумат натрия (Днепропетровск), оксидат (оксидат торфа, Минск), гидрогумат (Минск), оксигумат (Минск), нитрогуминовый стимулятор (Калинин), Гумостим (Томск). Все эти гуминовые препараты нашли широкое применение в растениеводстве и животноводстве.

Исследования по литературным источникам показали, что для максимального извлечения гуминовых кислот торф обрабатывают щелочным раствором пирофосфата натрия с последующим неоднократным действием на остаток торфа 1н раствора едкого натрия при нагревании . Особенностью этого процесса является использование:

1) высокой концентрации раствора щелочного раствора пирофосфата натрия (4,5% пирофосфата и 0,4% едкого натрия);

2) высокой концентрации раствора едкого натрия (4%);

3) широкого гидромодуля (1-2 части торфа в пересчете на сухую беззольную массу к 100мл щелочного раствора).

В препарате, полученном по этому способу, содержание гуминовых кислот было максимальным: 1,47%. Недостатком этого способа извлечения гуминовых кислот является многоступенчатость процесса, потребность в большом количестве щелочных препаратов, что в условиях производства усложняет процесс, повышает затраты на получение гуминового препарата.

Использование 1н (4%) раствора едкого натрия обеспечивает высокое извлечение гуминовых кислот из торфа благодаря высокой концентрации щелочи (4%), широкому гидромодулю (1-2 части торфа в пересчете на сухую беззольную массу к 100мл щелочного раствора). Недостатком этого способа извлечения гуминовых кислот из торфа является высокая концентрация раствора едкого натрия (4%), которая обуславливает высокие значения реакции среды (рН=13) . Сильно щелочная реакция в гуминовом препарате вызывает раздражение кожных покровов и может вызвать ожог семян и растений.

На практике для извлечения гуминовых кислот из торфа используют концентрацию щелочи 1-2,5% и гидромодуль на уровне 1:10. При таких показателях щелочного гидролиза торфа выход гуминовых кислот составляет 30-50% от содержания общих гуминовых кислот.

В СибНИИСХиТ Россельхозакадемии разработаны способы щелочного гидролиза торфа с применением растворов едкого натрия и водного аммиака, обеспечивающие достижение выхода гуминовых кислот на уровне 80-85% от содержания общих гуминовых кислот. Особенность способов заключается в применении:

1) невысоких концентраций щелочных реагентов (2-2,5%-ного раствора едкого натрия и 0,5-0,6%-ного раствора водного аммиака);

2) невысокого гидромодуля (соотношения абсолютно сухого вещества торфа к объему применяемого щелочного реагента): 1:7-1:12;

3) нагревание торфощелочной суспензии с едким натрием при 80ºС в течение 9-11часов при атмосферном давлении, торфощелочной суспензии с водным аммиаком при 115-120ºС в течение 4-х часов под давлением 2-4 атм.

В данной работе исследуется щелочной гидролиз торфа с применением растворов едкого натрия и водного аммиака по методикам ГНУ СибНИИСХиТ. Для примера исследовались физико-химические свойства и способы извлечения гуминовых препаратов из низинного торфа месторождения «Горелище» Пензенской области. Целью проводимых работ было:

1. Определение физико-химических свойств образцов торфа: влажность, зольность, содержание сухого и органического вещества, содержание гуминовых кислот, выход общих и свободных гуминовых кислот.

2. Апробация способов извлечения гуминовых кислот из низинного торфа: щелочной гидролиз с применением растворов щелочи NaOH, водного аммиака и перекиси водорода.

Физико-химические исследования проводились по стандартным методикам:

· реакция среды в торфе определялась по ГОСТ 11623-89. Торф. Обменная и активная кислотность,

Повторность анализов физико-химических свойств торфа - двукратная.

Результаты исследования приведены в таблице 1. Установлено, что в исследуемом образце торфа содержится 9,3% воды, 90,7% сухого вещества, 50,1% золы.

Массовая доля органического вещества составляет 40,6%, общих гуминовых кислот 14,7%, свободных гуминовых кислот 14,4% в сухом образце. Выход свободных гуминовых кислот достигает 98% от содержания общих гуминовых кислот.

Расчетным путем показано, что общий выход гуминовых кислот из органического вещества торфа достигает 36,3% (14,7%), свободных гуминовых кислот, единожды извлекаемых 1%-ным раствором едкого натра, составляет 35,5% (14,4%) (табл.1).

Согласно требований ТУ БССР физико-химические свойства торфа для получения из него биологически активных веществ должны иметь следующие показатели: влажность - не менее 60%, зольность - не более 25%, содержание гуминовых кислот - не менее 30%, степень разложения - не более 30% .

Таблица 1 - Физико-химические свойства низинного торфа с месторождения «Горелище» Пензенской области

Объект исследования	Влаж-ность, %	Содер-жание сухого вещест-ва,	Золь-ность,	Массо-вая доля общих гумино-вых кислот в сухом образце,	Массо-вая доля свобод-ных гумино-вых кислот в сухом образце, %	Выход свобод-ных гумино-вых кислот, % от общих	Общий выход гумино-вых кислот	Выход свобод-ных гумино-вых кислот
							% в пересчете на сухое органическое вещество торфа
Низинный торф месторождения «Горелище» Пензенской области

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что представленный образец низинного торфа характеризуется высокой зольностью (50,1%), невысоким содержанием гуминовых кислот (14,7%), но высоким выходом свободных гуминовых кислот (98% от содержания общих гуминовых кислот). Высокий показатель выхода свободных гуминовых кислот обусловлен особенностями исследуемого низинного торфа и свидетельствует о том, что при однократном извлечении их раствором щелочи в гуминовый препарат перейдет основная масса гуминовых кислот. Благодаря этому показателю низинный торф месторождения «Горелище» может быть использован для получения гуминовых препаратов, несмотря на невысокое содержание гуминовых кислот в нем.

Расчетами показано, что при щелочном гидролизе торфа содержание гуминовых кислот в препарате при поддержании гидромодуля (соотношения абсолютно сухого вещества торфа к жидкой фракции в торфощелочной суспензии) на уровне 1:10 не будет превышать 1,44%.

В таблице 2 показан компонентный состав торфощелочных суспензий для получения гуминовых препаратов из низинного торфа месторождения «Горелище» Пензенской области.

Получение гуминовых препаратов проведено на лабораторном экстракторе, в котором объем торфощелочной суспензии составляет 5л. Для разделения твердой и жидкой фракции использована лабораторная центрифуга марки ОС-6М. В процессе работы установлено, что при стоянии в течение ночи торфощелочная суспензия ускоренно разделяется на твердую и жидкую фракции. Это позволило разделить полученные торфощелочные суспензии с применением капронового, а затем лавсанового сит. Окончательное отделение твердой фракции торфощелочной суспензии проведено на лабораторной центрифуге. Преимуществом ускоренного разделения торфощелочных суспензий является то, что в процессе производства гуминового препарата примерно 2/3 объема суспензии можно разделить декантированием, остаток суспензии - на центрифуге.

Таблица 2 - Компонентный состав торфощелочной суспензии для получения гуминовых препаратов из низинного торфа месторождения «Горелище» Пензенской области.

	Количе-ство влажного торфа, в том числе абсолютно сухого г	Подготовка торфа	Объем воды в торфе, мл	Доза водного аммиака и пере-киси во-дорода, % от а.с.в. торфа	Объем перекиси водоро-да, мл	Объем (масса)щелоч-ного реаген-та	Количе-ство дистил-лирован-ной воды, л	Общее количество воды в ТЩС, мл
1. С применением водного аммиака и перекиси водорода	1013 (500г а.с.в.)	Измельче-ние на универсаль-ной мельнице пр-ва ГДР
	1013 (500г а.с.в.)

Способы извлечения гуминовых кислот из низинного торфа заключались в следующем.

В первом варианте опыта низинный торф, измельченный на универсальной мельнице, вносился в лабораторный экстрактор в дозе 500г в пересчете на абсолютно сухое вещество (а.с.в.), заливался водой объемом 42380 мл. Полученная водная суспензия торфа тщательно перемешивалась до полного смачивания торфа водой. Крышка экстрактора закрывалась, включалась мешалка. В экстрактор сначала заливалось при постоянном перемешивании 125мл 25%-ного раствора водного аммиака, затем 125мл 33%-ной перекиси водорода. Доза водного аммиака и перекиси водорода в торфощелочной суспензии составила 25% на а.с.в. торфа. Концентрация водного аммиака и перекиси водорода в торфощелочной суспензии не превышала 0,6%. Гидромодуль составил 1:10. Процесс экстракции гуминовых кислот из торфа аммиаком осуществлялся при постоянном перемешивании суспензии мешалкой при 115-120ºС в течение 4-х часов под давлением 2-4 атм.

В таблице 2 показаны качественные показатели гуминовых препаратов из торфа при разных способах их получения.

Таблица 3 - Влияние способов извлечения гуминовых кислот из торфа на качественные показатели гуминовых препаратов

Вариант щелочного гидролиза низинного торфа	Доза щелочного реагента, % от а.с.в. торфа	Объем перекиси водорода, мл	Реакция среды (рН)		Выход гуминовых кислот, % от содержания общих гуминовых кислот в торфе
1. С применением 0,6%-ного водного аммиака и перекиси водорода
2. С применением раствора 2%-ного NaOH

Во втором варианте опыта щелочной гидролиз торфа проведен раствором 2%-ного раствора едкого натра при нагревании торфощелочной суспензии при 80ºС в течение 5 часов при атмосферном давлении. В экстрактор внесен торф в дозе 500г в пересчете на абсолютно сухое вещество, 4487мл 2,23%-ного едкого натрия. С учетом воды в торфе содержание щелочи в торфощелочной суспензии составило 2%. Гидромодуль поддерживался на уровне 1:10. Процесс экстракции проведен при постоянном перемешивании мешалкой.

Извлечение гуминовых кислот из торфа 2%-ным раствором едкого натрия при нагревании при 80ºС в течение 5-х часов обеспечивает высокий выход гуминовых кислот из исследуемого образца низинного торфа: 77,8% от содержания общих гуминовых кислот в торфе. В готовом гуминовом препарате содержание гуминовых кислот составило 1,14% (табл. 3).

К основному недостатку этого способа получения гуминового препарата следует отнести то, что полученный гумат натрия имеет высокую реакцию среды (рН=13).

В варианте опыта с применением 0,6%-ного водного раствора аммиака в присутствии перекиси водорода показано, что препарат содержит 1,16% гуминовых кислот. Выход гуминовых кислот достигал 80% от содержания общих гуминовых кислот. Реакция среды не превышала рН=9 (табл. 3).

Из исследованных способов воздействия на органическое вещество торфа и получения биологически активных гуминовых препаратов следует отдать предпочтение способу, основанному на аммонизации торфа водным аммиаком с одновременным окислением извлекаемых из торфа органических веществ перекисью водорода.

Преимущества этого способа:

1. Оригинальный способ получения препарата, обеспечивающий окисление промежуточных продуктов до гуминовых, карбоновых, аминокислот, что подтверждается в 2 раза большим содержанием карбоксильных групп по сравнению с гуматом натрия, полученным без применения перекиси водорода.

2. Производство гуминового препарата обеспечивает высокий выход действующего вещества (не менее 80%), что превышает на 30-50% данный показатель у других препаратов.

3. Реакция среды в препарате не превышает рН=9.

4. Дополнительное содержание в препарате аммиачного азота за счет азота мочевины. Это обуславливает а) подкормку растений азотом при обработке семян и опрыскивании вегетирующих растений гуминовым препаратом; б) дополнительное внесение с гуминовой кормовой добавкой протеина для животных.

6. Более высокая биологическая активность по сравнению с другими продуктами переработки торфа, обусловлена содержанием в его составе преимущественно органических кислот, незаменимых аминокислот, витаминов, макро-, микроэлементов.

Опыты показали, что для повышения содержания гуминовых кислот в получаемом препарате следует понизить гидромодуль с 1:10 до 1:7-8. В связи с невысоким содержанием гуминовых кислот в торфе для повышения биологической активности гуминового препарата предложено снизить дозу водного аммиака и перекиси водорода при щелочном гидролизе низинного торфа.

Таким образом, по результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Низинный торф месторождения «Горелище» Пензенской области можно применять для производства гуминового препарата. При этом есть основания полагать, что образование хелатной формы макро-, микроэлементов с гуминовыми и аминокислотами повысит биологическую активность гуминового препарата, повысит эффективность его применения в животноводстве.

2. Наиболее перспективным способом извлечения гуминовых кислот из торфа является щелочной гидролиз с применением водного аммиака и перекиси водорода. Гуминовый препарат может быть применен в качестве удобрения и кормовой добавки аналогично известным гуминовым препаратам: Гумитону и Гумостиму.

3. Быстрая расслаиваемость торфощелочной суспензии позволит применить метод декантации в процессе производства гуминового препарата для разделения основной массы жидкой и твердой фракций.

4. Для повышения выхода гуминового препарата из низинного торфа следует изучить влияние на него технологических параметров, в том числе дозы водного аммиака и перекиси водорода, гидромодуля.

Рецензенты:

Урнёв И.В., д.т.н., профессор Пензенского государственного университета, Генеральный директор НПП ООО «Вольта» - Представитель Федерального государственного бюджетного учреждения «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» по Пензенской области, г. Пенза;

Михеев М.Ю., д.т.н., профессор Пензенского государственного технологического университета, г. Пенза.

Библиографическая ссылка

Роганов В.Р., Касимова Л.В., Тельянова А.В., Елисеева И.В. ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИЗ НИЗИННОГО ТОРФА ГУМИНОВЫХ ПРЕПАРАТОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=16446 (дата обращения: 01.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРИМЫХ ГУМАТОВ ИЗ

Н. М. СМОЛЬЯНИНОВА, С, И. ХОРОШКО, А. Н. МОСКАЛЬЧУК

За последнее время гуминовые кислоты получают все большее применение в различных отраслях народного хозяйства,. Они в виде, растворимых солей натрия (гуматов) с успехом используются в качестве стабилизаторов глинистых растоворов, применяемых при бурении нефтяных скважин, а также для изготовления красителей для древесины. Гуминовые кислоты вследствие хороших поверхностно-активных свойств применяются в аккумуляторной промышленности в качестве расширителя положительных пластин аккумуляторов. И, наконец, весьма перспективным является использование гуминовых кислот в виде растворимых гуматов в сельском хозяйстве в качестве стимуляторов роста. Высокая их эффективность доказана в многочисленных работах профессора Л. А. Христевой с сотрудниками и других авторов .

В настоящее время промышленное производство гуминовых кислот осуществляется на Тюменском аккумуляторном заводе. Твердые гуматы натрия для нужд мебельной промышленности производятся в небольшом количестве в Латвии на промкомбинате. Оба продукта являются дефицитными.

Вследствие возросшего спроса на гуминовые препараты необходима организация их промышленного производства, в крупных масштабах. Это позволит быстрее внедрить гуминовые кислоты и другие препараты на их основе в промышленность и сельское хозяйство.

Существующие технологические схемы обладают рядом серьезных недостатков, а именно: 1), периодичность процесса и как следствие громоздкость аппаратурного оформления, трудность автоматизации, малая производительность установок и высокие эксплуатационные расходы; 2) высокий расход тепла; 3) большие потери продукта и низкий коэффициент "извлечения гуминовых кислот.

Разумеется, если ставить вопрос о промышленном производстве кислот на современном уровне, то речь может идти только о непрерывном процессе.

Основной трудностью при разработке непрерывной технологии получения гуматов или гуминовых кислот является чрезвычайная длительность процесса их извлечения из топлива, обусловленная малыми скоростями диффузии активной части щелочного реагента внутрь твердых частиц и образовавшихся гуматов из твердого вещества в раствор, а также самой спецификой гуминовых кислот как высокомолекулярных органических кислот, обладающих свойствами коллоида. Кроме того, от-158

деление непрореагировавшего сырья от раствора гумата затруднительно, так как измельченное топливо, особенно торф, сильно набухает и частично пептизируется в щелочном растворе, образуя весьма стойкую суспензию, которая очень медленно отстаивается, а фильтровать ее практически невозможно.

Большие трудности [Возникают также при осуществлении процесса фильтрации и сушки гуминовых кислот. Отсюда вытекает необходимость поисков путей интенсификации процесса 1в целом и в первую очередь его первой стадии - извлечения гуминовых кислот из исходного сырья в виде растворимых гуматов.

Одним "из факторов, позволяющих интенсифицировать данный процесс, является температура. Известно, что нагрев торфощелочной суспензии до температуры 80-100°С позволяет значительно увеличить скорость образования и растворения гуматов. Наши опыты показали , что если при извлечении на холоду в течение 30 мин. выход гуминовых кислот из торфа составляет всего 5,73%, то уже при 50°С он равен 12,74%, а при кипячении смеси -29,72% за тот же самый промежуток времени.

Значительный интерес представляет так называемый диспергацион-ный метод извлечения гуминовых кислот, основанный на тонком измельчении исходного сырья в щелочной среде. По данным Г. М. Волкова , этот прием обеспечивает повышение выхода продукта и уменьшение продолжительности процесса, позволяя производить извлечение на холоду.

Большие перспективы может иметь ультразвуковой способ получения гуматов, позволяющий значительно интенсифицировать данный процесс. А. П. Гришин и В. Ю. Зорин показали, что под действием ультразвукового поля процесс извлечения гуминовых кислот из бурого угля в щелочной среде ускоряется примерно в 20 раз.

В проблемной лаборатории торфа ТПИ проведены исследования по выяснению возможностей диспергационного и ультразвукового способов интенсификации процесса, применительно к торфу. Изучено влияние типа, расхода и концентраций щелочного реагента, температуры процесса и интенсивности перемешивания торфо-щелочной смеси на скорость извлечения гуминовых кислот., Кроме того, были испытаны способы разделения торфо-гуматной суспензии - отстаивание, фильтрование, центрифугирование, действие полиакриламида (как флокулянта) .

На основании обсуждения полученных нами результатов, а также данных анализа работы действующих предприятий и литературных данных были сделаны следующие выводы:

1. Механическое диспергирование торфа в щелочной среде позволяет значительно интенсифицировать процесс извлечения гуминовых кислот из торфа и может быть положено в основу разрабатываемого технологического процесса в сочетании с последующим нагревом тонкодисперсной торфо-щелочной суспензии до температуры 80-100°С. Это позволит сократить продолжительность процесса обработки торфа щелочным раствором до 30-60 минут и проводить извлечение при меньшем расходе щелочи, т. е. при соотношении торф: щелочной раствор, равном 1: 10, по сравнению с 1: 100, являющемся оптимальным при извлечении обычным методом.

2. В качестве реагентов могут быть использованы растворы едкого натра или соды, последняя значительно дешевле и ее использование более экономично.

3. Для отделения раствора гумата от торфяного остатка целесообразно использовать центрифугу отстойного типа.

4. В случае применения в качестве реагента едкого натра может быть рекомендовано его двухкратное использование: первый раз-в виде

чистого раствора, во второй - в виде щелочного гумата, полученного при первом извлечении.

5. Интенсификация процесса извлечения гуминовых кислот путем сочетаний тонкого диспергирования торфа в щелочной среде с последующим нагревом см^си до температуры кипения при интенсивном перемешивании дает основание для разработки непрерывной технологической схемы производства гуматов, а также (при необходимости) и гуминовых кислот.

6. Целесообразно сооружение крупной установки для производства твердого гумата или концентрированного раствора, предназначенного для централизованного снабжения различных потребителей (сельского хозяйства, мебельной промышленности, нефтяных промыслов). Концентрирование раствора легко осуществить путем выпаривания.

Рис. 1. Технологическая схема получения гуматов натрия: 1-бункер -для сырья, 2 - элеватор, 3 - промежуточный бункер, 4 - молотковая дробилка, 5 - шнек-смее-титель 6 - емкость для раствора, 7 - собрник, 8 - механический диспергатор, 9 - реактор, 10 - осадительная центрифуга, 11 - выпарной аппарат, 12 - поверхностный конденсатор, 13 - вакуумнасос, 14 - сборник гуматов, 15-насос, 16 -

Приведенные выводы положены в основу разработки непрерывного варианта технологической схемы процесса получения гуматов на базе торфа Таганского месторождения Томской области. Производительность установки определялась ориентировочно, исходя из потребности в гум"а-тах основных районов области с развитым овощеводством, поскольку именно под овощные культуры применение гуминовых удобрений наиболее эффективно.

В качестве реагента использован 2%пный раствор кальцинированной соды. Несмотря на меньшую активность, сода обеспечивает достаточную степень извлечения гуминовых кислот при сочетании тонкого 160

диспергирования торфа в щелочной среде с последующим нагревом смеси до 80-100°С в течение 0,5-1,0 часа при интенсивном ее перемешивании. Отношение (веса торфа к объему раствора соды составляет 1: 10.

Для разделения торфо-щелочной суспензии применяется отстойная центрифуга 2НОГШ-300 (7).

Технологическая схема процесса приведена на рис. 1.

Воздушно-сухой торф в виде крошки подается из бункера (1) ковшевым элеватором (2) через промежуточный бункер (3) в молотковую дробилку (4), где происходит его измельчение до размера кусочков не более 1-2 мм. Измельченный торф смешивается в шнеке-смесителе (5) с раствором соды, подаваемым из емкости (6). Затем торфо-щелочная смесь поступает в механический диспергатор (8), оттуда она подается в реактор (9). В реакторе происходит окончательное извлечение гумино-вых кислот при нагреве и перемешивании суспензии острым паром, поступающим через эжектор. Непрореагировавший торф отделяется от раствора гумата в центрифуге отстойного типа (10). Последняя имеет два шнека, что дает возможность проводить промывку осадка с отдельным отводом промывных вод, которые (с целью уменьшения потерь гуматов) подаются в емкость (7) для приготовления содового раствора.

Промытый осадок идет в отвал, а слабый раствор гуматов (2,0%-ный) упаривается в выпарном аппарате (11) до концентрации 15% и поступает в сборник (14).

Вторичный пар из выпарного аппарата конденсируется в поверхностном конденсаторе (12). Горячий конденсат может быть использован для промывки осадка:на центрифуге. Разрежение в системе создается вакуум-насосом (13).

Как показал ^экономический расчет, полная себестоимость гуматов составила 465 руб. за тонну.. Высокая стоимость продукции объясняется малой производительностью установки, так как большая часть затрат (около 60%) приходится на зарплату и эксплуатационные расходы. Эти "затраты могут быть уменьшены за счет строительства более крупных установок.

Экономический эффект от применения гуматов натрия составил в среднем 8-10 руб. на каждый гектар посевов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сб. «Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения», ч. I, Сельхозич-дат УССР, Киев, 1957.

2. Сб. «Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения», ч. II. Сельхоз-лздат УССР. Киев. 1962.

3. Г. М. Волков. О технологий производства гуминовых кислот. Труды ИГИ АН СССР, т. XII, 65-76. 1961.

4. А. П. Гришин, .В. Ю. Зорин Ультразвуковой способ выделения гуминовых веществ, Труды Грозненского нефтяного института, Сб. 25, № 3, 59-62. 1961.

5. Н. М. Смольянинова, А. Н. Москальчук. Исследование процесса получения гуминовых кислот из торфа. Изв. ТПИ. В печати.

6. Разработка технологии получения гуминовых кислот на основе торфа. Отчет п теме 162/63. Томск. 1965.

7. Центрифуги. Каталог-справочник. Машгиз, 1955.