Утилизация гидролизного лигнина переработкой в удобрения и почвообразователи

Вопросы утилизации гидролизного лигнина – одни из наиболее важных в производстве различного рода продукции где он является побочным остаточным продуктом, загрязняющим окружающую среду.

Лигнин образуется в большом количестве при переработке целлюлозы. Его в виде пульпы как технологические отходы подают в склады-накопители на хранение. В накопителях происходит испарение влаги и образуются большие отвалы высушенной порошкообразной массы, которая способствует загрязнению окружающей среды. Учитывая процесс самовозгорания порошкового лигнина в сухом виде при температуре воздуха +35-40*С, нередки случаи его самовозгорания.

Результатом предлагаемой российской технологии утилизации лигнина на складах-накопителях является получение недорогого, экологически чистого в технологическом отношении органоминерального удобрения, эффективного для обедненных почв с низким содержанием органики и элементами минерального питания. Такими почвами могут быть техногенно нарушенные земли строек, отвалы и хвостохранилища горнорудных предприятий и обогатительных фабрик, земли пустынь, истощенные бросовые территории.

При этом важным аспектом технологического решения является простая и безопасная технологии производства таких удобрений, создания с их помощью качественного почвенного слоя с восстановлением землям свойств пастбищных лугов, парковых территорий, сельхозугодий, зеленых ландшафтных форм.  

Результат технологического решения достигается образованием натуральной экологически чистой почвы, содержащей в себе гидролизный лигнин, суперфосфат, хлористый калий, аммофос и аммиачную селитру, известь, жидкий (пастообразный) сапропель.

Такой состав удобрений, одновременно является и почвообразующим. В нем содержится в кг/т: суперфосфата - 10, хлористый калий - 8, аммофоса - 10, аммиачной селитры – 12, извести – 50, гидролизного лигнина – 800, сапропеля естественной влажности органического или известкового – 110.

Влажность получаемой смеси почвообразующего удобрения должна находится в пределах 50-60%.

Физико-химические показатели утилизируемого лигнина:

Влажность - 50-65%.

Непрогидролизованные (трудногидролизуемые) полисахариды - 20-30%.
Неотмытые моносахариды - 2-10%.
Вещества лигногуминового комплекса - 5-15%.
Зольность лигнина - 4-10%.
Содержание серной кислоты - 0,5-1,5%.
Размер частиц - 0,001-10 мм.
Насыпная масса сухого лигнина - 200-300 кг/м3
Влагоемкость - 300-450%.

Применение лигнина в качестве основы для образования гумусных почв    обусловлено его высокой устойчивостью к микробиологическому разложению, определяющей длительность воздействия, и способностью адсорбировать элементы питания, увеличивая тем самым коэффициент использования минеральных удобрений.

В процессе нейтрализации лигнина известью образуется биомасса, способная к его гумификации и минерализации, при этом срок нейтрализации лигнина известью от 10-15 дней и зависит от количества серной кислоты в лигниновой массе: чем больше остаточной кислоты, тем больше срок нейтрализации. Следует учесть, что при взаимодействии извести с серной кислотой лигнина образуется нейтральная соль СаSO4, эффективная как элемент питания за счет содержания в ней кальция - микроэлемента, способствующего построению скелетной части растения и по значимости как элемент питания для растений занимающего 4-е место после азота, фосфора и калия. Вторая составляющая - соли SO4 является микроэлементом серы, которая способствует синтезу белка в растениях. Нейтрализацию лигнина известью осуществляют путем простого механического перемешивания, при этом известь не только нейтрализует лигнин, но и благодаря своим гигроскопическим свойствам понижает влажность готового продукта до 45-50%, придавая ему вид сыпучего порошка, удобного в использовании. Нейтрализованный известью лигнин улучшает структурирование и разрыхление почвы, уменьшает коркообразование на почве. Эффективная способность нейтрализованного известью лигнина к гумификации и минерализации почвы, а также оптимальное количественное соотношение минеральных добавок - суперфосфата, хлористого калия, аммофоса и аммиачной селитры, выбранное с расчетом обеспеченности сельскохозяйственных культур элементами питания, позволяет получать эффективное органоминеральное удобрение для обедненных и пустынных почв с низким содержанием органики и элементами минерального питания. Недостающее минеральное питание, витамины, природные биоинструментарии и антибиоты поступают в смесь из сапропеля. Сапропель также обогащает почвообразующее удобрение гумусом, микро- и макроэлементами, создает «клеящий» эффект между компонентами смеси и окружающих обедненных почв, препятствующий ветровой и водной их эрозии.

Технология предлагает использование доступного дешевого нейтрализующего компонента извести и исключение специального оборудования для нейтрализации, в разы снижает себестоимость готового почво-удобрения.

Процесс нейтрализации лигнина известью исключает образование химически опасных смесей и является безопасным для работников предприятия его производства и окружающей среды.

Полученное лигно-сапропеле-минеральное удобрение-почва в виде смеси обладает высокой мульчирующей способностью, улучшает структурирование, увеличивает число микроорганизмов в почве, способствует увеличению синтеза белков, ускоряет созревание урожая на 8-10 дней. Полное отсутствие семян сорняков в продукте делает его эффективней навоза в 2-2.5 раза.

Полученная смесь придает почве темную окраску, способствует поглощению и сохранению тепла.

В зависимости от исходного плодородия или свойств облагораживаемых земельных территорий норма внесения удобрения-почвы на 1 сотку составляет от 300 до 800 кг.

Срок действия такого удобрения чрезвычайно длителен. Урожайность от внесения такого почво-удобрения из-за чрезвычайно высоких сорбционных свойств составляет от 4 до 7 лет. Такое почво-удобрение применяется как основное и вносится осенью под зябь и весной под перепашку. Прирост урожайности составляет не менее 35-40%.

Исходное сырье для производства почво-удобрений заявленного состава:

- лигнин гидролизный как отходы производства целлюлозы,

- органический или известковистый сапропель естественной влажности,

- известь по ГОСТ 9179-77;
- суперфосфат по ГОСТ 5956-78;
- хлористый калий по ГОСТ 4568-95;
- аммофос по ГОСТ 18918-85;
- аммиачная селитра по ГОСТ 2-85.

Для производства предлагаемого продукта потребуются значительные площади промдвора предприятия. Большая часть территория промдвора отводится под бурты компонентов и площадки их приготовления.

Почвообразующее органоминеральное удобрение производится следующим образом: предварительно очищенный от механических примесей гидролизный лигнин в количестве 800 кг укладывают равномерным слоем высотой 20-30 см на бетонную площадку. Для нейтрализации остаточной серной кислоты лигнина на него равномерным слоем рассыпают известь в количестве 50 кг. Все это тщательно перемешивают и комплектуют в бурт. Выдерживают 15-20 дней. Берут пробу на рН. Если рН достигает нормы 6,5-6,8, бурт оставляют на дозревание еще на 10 дней. При достижении рН=6,5-6,8 бурт разворачивают и добавляют минеральные удобрения, кг/т:
суперфосфата – 10, хлористого калия – 8, аммофоса – 10, аммиачной селитры – 12.

Все компоненты перемешиваются и вновь собираются в бурт. Выдерживаются 1,5-2 месяца, в течение которых в компостируемой смеси протекает ферментация, в процессе которой разлагаются органические компоненты с выделением энергии в виде тепла. Повышение температуры является показателем интенсивной ферментации и успешного процесса компостирования. Разогрев компостируемой смеси начинается вскоре после закладки бурта в течение 3-10 дней. Максимально температура может достигать 50-60oС. После достижения максимума температуры наблюдается ее снижение. В это время проводится первое перемешивание, а в течение 1,5-2-х месяцев компостирования перемешивание проводят 2-3 раза. По мере созревания смеси в бурте интенсивность ферментации затухает, температура поднимается медленно, затем разогревание прекращается полностью.

В процессе ферментации происходит синтез гумусовых соединений из продуктов распада высокомолекулярных компонентов органических остатков. По мере созревания смеси возрастает скорость гумусообразования. В связи с возрастанием количества гуминовых кислот по мере созревания смеси исходная масса чернеет, приобретая в конце ферментации темно-коричневую окраску. После окончательной ферментации органических остатков смесь считается зрелой. Ее зрелость определяется визуально по ряду признаков:
- снижение температуры компостируемой смеси в бурте;
- почернение компостируемой массы;
- отсутствие запаха, свойственного для лигнина;
- появление запаха лесного перегноя или земли;
- мягкая структура органических остатков.

Полученная смесь пневмоколесным погрузчиком с прямой лопатой загружается в один из двух бункеров перерабатывающей линии. Во второй бункер выгружается органический или известковистый сапропель естественной влажности (W=87-92%) в соотношении 110 кг на 890 кг смеси. Данная композиция перемешивается на валковом или планетарном смесителе и подается на расфасовку.

Физико-химические показатели полученного удобрения-почвообразователя:

Внешний вид - влажная, сыпучая, темно-коричневая до темной масса, с запахом лесного перегноя.
Массовая доля органического вещества, % - 70-75.
Реакция среды, рН - 6,5-6,8
Влажность, % - 50-60
Массовая доля азота (на сухое вещество), %, не менее - 0,4
Массовая доля фосфора P2O5 (на сухое вещество), %, не менее - 1,5
Массовая доля калия (K2O) (на сухое вещество), %, не менее - 0,4
По показателям безопасности удобрение-почвообразователь соответствует нормам допустимым ОДК химических веществ в почве по ГН 2.1.7.020-94:
Массовая доля меди, мг/кг - 33.00.
Массовая доля цинка, мг/кг - 55.00.
Массовая доля кадмия, мг/кг - 0.50.
Массовая доля свинца, мг/кг - 32.00.
Массовая доля мышьяка, мг/кг - 2.00.
Массовая доля ртути, мг/кг - 2.10.

Проведенные опыты в 1987-89 г.г. на отвалах вскрышных пород рудника ПО «Эстонфосфорит» показали, что при внесении в истощенные земли отвалов почвообразующее удобрение на основе известкованного лигнина, сапропеля и добавки минеральных удобрений дает увеличение числа водопрочных агрегатов размером 1-3 мм с 15 до 24%, упорядоченность почвенной структуры и, как результат, увеличение массы, т.е. урожайности зерновых, на 25-35%.

Полученное удобрение-почвообразователь вносили в песчаные почвы Средней Азии (Казахстан) и эмирата Абу Даби (ОАЭ), имеющих низкое естественное плодородие, плохую структуру и кислую реакцию (рН=3-4), малое содержание гумуса (до 2-2,2%), азота, фосфора и калия (до 6 мг/100 г). Удобрение-почвообразователь вносился в почву из расчета 380 кг на сотку почвы под посев сои.

В результате улучшились показатели почвы, в том числе структура, мульчирующая способность. Повышение рН составило до 5,4, гумуса стало больше на 2,4-2,8%, снижение сроков созревания урожая на 10 дней; в злаковых культурах увеличилась масса зерна, а урожай повысился на 21-24%.

В 2001 г. в частной сельскохозяйственной фирме на истощенных землях Урала продукт применяли для выращивания в открытом грунте картофеля, овощей и цветов. В результате с одной сотки земли был получен урожай картофеля 4-4.2 кг/м, моркови, свеклы - до 5.2 кг с 1 м2.

На участке отвала вскрышных пород рудника ПО «Эстонфосфорит» высаживался картофель с междурядьем 60 см. Производилось высокое окучивание каждого стебля. Почвообразующее удобрение вносилось по 0,8 кг в лунку перед посадкой или под перепашку из расчета 440 кг на сотку. Повышение урожайности достигалось до 40-42%.

Обладатель технологии производства почвообразующих лигнин-сапропелевых органо-минеральных удобрений – Центр по сапропелю (www.sapropex.ru). Он занимается изучением складов-навалов гидролизного лигнина, выполняет технические проекты его утилизации путем переработки в высокоэффективные продукты, пользующиеся спросом в сельском хозяйстве и идущие на экспорт в страны Ближнего Востока и Средней Азии.

По проектным спецификациям поставляется оборудование производства и фасовки почвообразующего удобрения в мешки или биг бэги. Оборудование выполняется различной производительности и комплектации: от 8 до 100 м3/час готового продукта. Сроки проектирования предприятия – до 2.5-3 мес.  

Смотрите в PDF Производство лигнин-сапропелевых органо-минеральных удобрений и почвообразователей на экспорт в страны Средней Азии, Африки и Ближнего Востока