CC BY
2УДК 631.589
ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СУБСТРАТА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО КОМПОНЕНТА И ЖИДКИХ УДОБРЕНИЙ
ЛЫСЕНКО ВИКТОР СТЕПАНОВИЧ
Руководитель лаборатории инноваций и нанотехнологии «Казахский национальный
педагогический университет им. Абая» (КазНПУ им.Абая), г. Алматы, Казахстан
Аннотация. В статье на основе анализа современных концепций получения и компонентного состава субстратов и жидких удобрений представлены инновационные разработки технологии производства субстрата для использования в растениеводстве на основе перлита Казахстанских месторождений и растительного компонента, который подвергается предварительной обработки импульсными электрогидравлическими разрядами в водной среде с параллельным производством жидких комплексных удобрений. Также описан вариант конструкции установки для осуществления этой технологии.
Ключевые слова. Субстрат, торфообразующие растения, перлит, растительный компонент, электрогидравлический эффект, жидкие аллотропные удобрения.
Проблема производства достаточного объема экологически чистых овощей в Республике Казахстан, особенно в холодный период, является весьма актуальной. Одним из сдерживающих факторов развития тепличного производства в Казахстане является отсутствие отечественного производства плодородных субстратов для теплиц на основе Казахстанского сырья и легко усваиваемых растениями жидких комплексных удобрений.
Для решения этой проблемы лабораторией инноваций и нанотехнологии Казахского национального педагогического университета имени Абая разработана новый способ получения субстрата для использования в растениеводстве и установка для приготовления растительного компонента, на который подана заявка на изобретение РК [1].
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для производства субстратов и обработки растительного компонента для него, применяемых в растениеводстве, в частности в теплицах, а также для производства жидких комплексных удобрений. .
Успешное выращивание растений в условиях закрытого грунта во многом зависит от подбора почвенного субстрата и составных его компонентов, при этом необходимо учитывать физические, химические, биологические свойства исходных компонентов, которые определяют характер и свойства получаемых субстратов.
Как правило, основой тепличного субстрата служат различные виды торфа и другие органические материалы. В овощеводстве закрытого грунта широкое распространение получило культивирование растений на верховом торфе, в который добавляют определенное количество минеральной составляющей и питательных элементов.
При составлении грунтовых смесей используют низинный и верховой торф [2], речной и морской ил, компост из сосновой коры.
Применяют также перегной, дерновую землю, резаную солому и соломенные тюки, отходы деревоперерабатывающей промышленности, а также бурый уголь.
Общим недостатком приготовления органических субстратов природного происхождения является необходимость дополнительного их известкования, низкая обеспеченность микроэлементами и короткий срок их эксплуатации, для повышения которого органические субстраты необходимо дополнительно обрабатывать, в частности, горячим бензином. Растения на органогенных субстратах часто поражаются болезнетворной микрофлорой. А за счет быстрого уплотнения субстратов, снижается общая пористость и нарушается газовый режим корневой системы.
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Известен субстрат для выращивания растений в защищенном грунте, в состав которого входит перлит, предварительно обработанный 0.01-0.04% водным раствором органической кислоты Для создания субстрата используется перлит преимущественно грузинского и венгерского месторождений [3].
Известен способ применения ростового субстрата, состоящего из увлажняющего агента. включающий ионное ПАВ, мочевиноформальдегидного пеноматериала, перлита, вермикулита, вспученной глины, кокосовой стружки, кокосовой муки, лавы, пемзы и их смесей [4].
Известен также субстрат для выращивания растений на основе вспученного перлита [5], который включает не менее 10 об.% вспученного перлита с насыпной плотностью 30-200 кг/м3 и размерами гранул 0,01-7мм, помещенный в упаковку из эластичного материала, наружная сторона которой является светлой, а внутренняя - темной.
Наиболее близким аналогом, то есть прототипом, является способ получения субстрата для использования в растениеводстве [6], включающий минеральные горные породы перлита, цеолита, керамзита с использованием торфообразующих растений: тростник обыкновенный, камыш озерный, рогоз, вейник, которые собирают в сухом виде. измельчают на следующие фракции - опилки от 1.0 до 10 мм, стебли растений от 15 до 50 мм, хлысты от 500 до 1000 мм. замачивают в 2% водном растворе аммиачной селитры до состояния прелости сроком на 10-15 дней, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Торфообразующие растения - 5-95%; Минеральные горные породы - 5-95%.
Недостатком прототипа является длительный срок обработки компонента субстрата из торфообразующих растений.
Известен способ улучшения удобрительных свойств торфа [7], путем его обработки до внесения в почву, с целью повышения содержания азота, калия, фосфора и других элементов в усвояемой растениями форме, сжиженную торфяную массу подвергают электрогидравлическому воздействию.
Прототипом установки для приготовления растительного компонента является установка для получения жидких удобрений из воды с добавками земли, азона, бурого угля, торфа и других компонентов методом электрогидравлической обработки (электрогидравлический эффект Юткина) [8], которая состоит из емкости, блока аппаратуры с системой автоматического регулирования и обеспечения безопасности для создания импульсных высоковольтных разрядов в воде, состоящего из высоковольтных трансформаторов, конденсаторов, диодов, воздушных разрядников и погруженного в емкость с верхней части водяного разрядника, а также устройства для приготовления азона и насоса с системами автоматики и трубопроводов с вентилями для заполнения водой емкости, циркуляции раствора и выкачивания готового раствора жидких удобрений потребителю.
Недостатком прототипа является невозможность использования для приготовления растительного компонента для субстрата.
Целью изобретения является разработка способа получения субстрата для использования в растениеводстве и установки для приготовления растительного компонента, позволяющего значительно сократить время подготовительной обработки компонентов из торфообразующих растений.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый способ получения субстрата для использования в растениеводстве включает использование минеральных пород вспученного перлита, вермикулита, цеолита. керамзита в композите с торфообразующие растениями, которые собирают, измельчают до фракции от 20 до 500 мм, замачивают в воде и подвергают обработке, после подсушки смешивают с минеральными породами в соотношении -растения -5-95% минеральные породы 5-95%, отличается тем, что операция обработки замоченной в воде массы растений осуществляется электрогидравлическим воздействием с дополнительным введением в воду торфа и/или земли и/или бурого угля и/или азона в
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
количестве от 1 до 30 % от массы растений. Установка для приготовления растительного компонента, состоящая из емкости, блока аппаратуры с системой автоматического регулирования и обеспечения безопасности для создания импульсных высоковольтных разрядов в воде, состоящего из высоковольтных трансформаторов, конденсаторов, диодов, воздушных разрядников и погруженного в емкость водяного разрядника, а также устройства для приготовления азона и насоса с системами автоматики, трубопроводов и вентилей для заполнения водой емкости, циркуляции раствора и выкачивания готового раствора жидких удобрений потребителю, снабжена перфорированным или изготовленным из сетки контейнером для растительного компонента, который помещается для обработки в емкость с упорами и крышкой, при этом водяной разрядник помещен в емкость в нижней части между дном емкости и дном контейнера.
Обработка массы торфообразующих растений в воде позволяет разрыхлить структуру растений за значительно короткое время, что позволяет существенно сократить срок подготовительной обработки композита из растений.
Кроме того, преимуществом предлагаемого изобретения является то, что введение в воды торфа и/или земли и/или бурого угля и/или азона в количестве от 1 до 30 % от массы растений позволяет насытить растения и воду комплексом минеральных легко усваиваемых растениями удобрений.
По исследованиям Юткина Л.Н. с помощью электрогидравлической обработки из одного кубического метра торфа можно получить 9 кг азотных удобрений, 4 кг калийных, 0,5 кг фосфорных удобрений и еще 30 разных микроэлементов. При этом подача азона в смеси с воздухом, в котором азота содержится до 78 %, за счет импульсных высоковольтных разрядов раствор обогащается азотными удобрениями (соединениями азота с водородом и кислородом).
Проведенные в работе [9] эксперименты позволили установить, что массовое содержание питательных веществ и микроэлементов в электрогидравлически обработанном торфе резко изменяется в сравнении с исходным в сторону повышения. Так, массовое содержание аммиачного азота возрастает в зависимости от вида торфа в 1,4-4,5 раза, а водорастворимого органического вещества в 1,5-5 раз.
На рисунке 1 представлена принципиальная схема установки для приготовления растительного компонента.
Рисунок 1 - Принципиальная схема установки для обработки растительного
компонента
Установка для приготовления растительного компонента, состоит из емкости 1, блока аппаратуры 2 с системой автоматического регулирования и обеспечения безопасности для создания импульсных высоковольтных разрядов в воде, состоящего из высоковольтных трансформаторов, конденсаторов, диодов, воздушных разрядников (на фигуре не показаны) и погруженного в емкость 1 с нижней части водяного разрядника 3, а также устройства для приготовления азона 4 и насоса 5 с системами автоматики 6 и трубопроводов 7, 8, 9, 10, 11 и вентилей 12, 13, 14, 15 для заполнения водой емкости, циркуляции раствора и выкачивания готового раствора жидких удобрений потребителю, перфорированным или изготовленным из сетки контейнером 16 для растительного компонента, который помещается для обработки в емкость с упорами 17 и крышкой 18, при этом водяной разрядник 3 помещен в емкость в нижней части между дном емкости 19 и дном контейнера 20.
Установка работает следующим образом.
В емкость 1 загружаются вспомогательные ингредиенты (земля, и/или торф, и/или бурый уголь или другие). В контейнер 16 загружается растительная масса и заполненный контейнер 16 помещается в емкость 1 до упоров 17, и крышка 18 закрывается и фиксируется. Далее производится заполнение емкости 1 водой из любого водоема или водопровода посредствам насоса 5 по патрубкам 7, 9 и 10 при закрытом вентиле 14 и открытых вентилях 12 и 13. После заполнения емкости до необходимого уровня закрывается вентиль 12 и насос 5 обеспечивает циркуляцию водного раствора по контуру: насос 5 - патрубки 9 и 10 - емкость 1 - патрубок 8 - насос 5. После этого в работу включается блок аппаратуры 2, который обеспечивает импульсные высоковольтные разряды в воде в зазоре 21 между положительным и отрицательным электродами разрядника 3. Далее включается в работу устройства для приготовления азона 4 и при помощи вентиля 15 регулируется подача смеси воздуха с азоном через насос 5 в емкость 1.
Продолжительность обработки растительного компонента определяется в зависимости от объема емкости 1, массы растительного компонента, мощности блока аппаратуры 2 и частоты импульсных высоковольтных разрядов. При объеме 0,5 м3 емкости 1, мощности электрогидравлического разряда 5 кВт и частоте импульсных разрядов 5-7 импульсов в секунду продолжительность обработки составляет порядка 30-45 минут.
После обработки, аппаратура 2 отключается, а обогащенный удобрениями раствор при помощи насоса 5 при закрытом вентиле 13 и открытом вентиле 14 по патрубку 11 выкачивается из емкости 1 в емкости (на рисунке не показаны) для последующего использования в качестве жидких удобрений.
Далее открывается крышка 18, извлекается контейнер 16 и из него выгружается обработанная гидроударами и кавитацией растительная масса. Которая подсушивается и поступает в зону приготовления субстрата.
Одним из возможных примеров осуществления предлагаемого способа является следующее.
Производится сбор Тростника обыкновенного, который измельчается на фрагментарной мельнице до фракций от 20 до 200 мм. Измельченные растения загружаются в контейнер 16 (смотри рисунок 1), который устанавливается в емкости 1, после чего емкость заполняется водой, добавляется земля в количестве 0,5 кг и подвергается воздействию высоковольтных разрядов в воде в течении 30 минут.
Полученная прелая тростниковая биомасса подсушивается и перемешивается в барабане с перлитовым вспученным песком фракции до 5 мм в соотношении 1:1.
Готовые субстраты воздухопроницаемые и влагоемкие могут быть широко использованы в растениеводстве, как в закрытом грунте, таки в открытом на дачах и для комнатных растений.
Предлагаемое изобретение позволяет значительно сократить время подготовительной обработки растительного компонента для субстрата и дополнительно получать жидкие удобрения.
Следующим этапом проекта является экспериментальные исследования и оптимизация технологических и конструкторских параметров изобретения и доведения проекта до шестого уровня технологической готовности с целью коммерциализации проекта.
Работа выполнена в рамках инициативного проекта «Разработка технологии производства почвенного субстрата на основе перлита из Казахстанского сырья для промышленных теплиц нового поколения с волновым воздействием», номер госрегистрации 0124РКИ0413
ЛИТЕРАТУРА.
1. Лысенко В.С. Способ получения субстрата для использования в растениеводстве и установка для приготовления растительного компонента. Заявка на патент РК изобретения. № 2024/1004.1. Приоритет от 20.11.2024г.
2. Глунцов Н.М. Применение удобрений в тепличном хозяйстве, Московский рабочий, 1987, 143 с.
3. Бахтин А. А. Субстрат для выращивания растений в защищенном грунте. RU 2348148 С1, МКИ АОШ 31/00. Опубликован 03.10.2009. Бюл. №7. URL:https://yandex.ru/patents/doc/RU2348148C1_20090310 (дата обращения 24.12.2024).
4. Йеан Кюйперс, Дан Де Куббер, Пауль Баувенс. Способ выращивания растений. Заявка на патент ЕА 200970137 А, МКИ А01С 31/00 от 30.06.2009. URL:https://patents.google.com/patent/EA200970137A1/ru (дата обращения 24.12.2024).
5. Четыз А. А. Субстрат для выращивания растений на основе вспученного перлита. RU 2562838 С1, опубликован 10.09.2015 Бюл № 25. URL:https://patents.google.com/patent/RU2562838C1/ru
6. Абдулин Е. Ж., Абеков К. З., Абеков А. З., Обидин С. С. Способ получения субстрата для использования в растениеводстве. Инновационный патент РК, KZ 23808, опубликован 15.04, 2011, бюл. № 4. URL:https://kz.patents.su/3-ip23808-sposob-polucheniya-substrata-dlya-ispolzovaniya-v-rastenievodstve.html (дата обращения 24.12.2024).
7. Юткин Л. А, Гольцова Л. И. Способ улучшения удобрительных свойств торфа. Авторское свидетельство СССР № 210190, опубликован 15.01.1983 года. Бюллетень №2. URL:https://patents.su/1-210190-sposob-uluchsheniya-udobritelnykh-svojjstv-torfa.html
8. URL:https://www.youtube.com/watch?v=UOzQxWtcVp4&t=35s&ab_channel=GrinyovEnerg ySolution (дата обращения 23.12.2024)
9. ДенисюК Е.А., Митрофанов Р. А., Носова И. А. Особенности электрогидравлической обработки торфа.- Вестник НГИЭИ. 2013.- С. 36-46. URL:https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-elektrogidravlicheskoy-obrabotki-torfa.(дата обращения 25.12.2024).
