CZ303270B6

CZ303270B6 - Prípravek pro fyzikálne-chemické zlepšení kyselých pud

Info

Publication number: CZ303270B6
Application number: CZ20110377A
Authority: CZ
Inventors: Mašín@Pavel; Raschman@Robert
Original assignee: DEKONTA, a.s.
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-07-04
Also published as: CZ2011377A3

Abstract

Rešení se týká prípravku pro zlepšení fyzikálne-chemických vlastností kyselých pud, který je charakterizován tím, že jeho základ tvorí modifikovaný popel z drevní biomasy, pricemž 100 g granulátu obsahuje 200 až 1500 mg vápníku, 25 až 150 mg horcíku, 500 až 2300 mg draslíku, 45 až 250 mg sodíku, 85 až 420 mg fosforu a 4 až 20 mg dusíku. Hlavní složkou je popel z energetického využívání rostlinné biomasy modifikovaný s hydroxidem vápenatým. Prípravek je vyráben procesem granulace, kde vzniklé sbalky, neboli pelety, mají prumernou velikost 0,5 až 2 cm. Prípravek se vyznacuje jednoduchou manipulovatelností a skladovatelností, na acidifikovaných pudách muže být snadno aplikován všemi dostupnými technickými prostredky. Hlavní prínos má jeho aplikace v kyselých pudách lesních a zejména horských porostu. Aplikací prípravku dochází k vyluhování cenných nutrientu do podpovrchových vrstev pudního profilu a zvýšení hodnoty pH reakce pudy - neutralizaci - a zdravotního stavu flóry pudních spolecenstev (pudního edafonu).

Description

Oblast techniky

Řešení se týká přípravku ve formě modifikovaného popela z dřevní biomasy za účelem zlepšení fyzikálně-chemických vlastností kyselých půd.

Dosavadní stav techniky

V současné době vlivem rozvoje obnovitelných zdrojů energie a existující státní podpory spalování rostlinné biomasy v tomu určených termických energetických zařízeních - komunitních spalovnách - vznikají podstatná množství podroštových popelů, která jsou předmětem odstranění za současného vzniku dalších nákladů spojených sjejich manipulací, dopravou popř. uložením. Jedná se o prašný, špatně manipulovatelný materiál, který je Často deklarován jako odpad, i když povahou jde o cennou surovinu, jejíž složení obsahuje v různých formách nutrienty, zejména vápník, draslík, fosfor a hořčík, které je možné v případě absence rizikových zakoncentrovaných prvků využít ve formě hnojivá. V České republice se každoročně nakládá s řádově desítkami tisíc tun této suroviny a její další nevyužití je neodpustitelným plýtváním.

Z historického pohledu se popely dlouhodobě využívají jako zdroje živin k hnojení na zemědělských půdách. Pro svou alkalitu -hodnota pH>12 - je možné popely využít k úpravě kyselých, zejména lesních půd, a zároveň k navrácení živin při intenzivním hospodaření po těžbě. Aplikace samotného dřevního popelu bez před úpravy není možná, je nutná formulace složení, která zamezí nekontrolovatelnému vyluhování nežádoucích látek, jakými jsou především těžké kovy apolyaromatické uhlovodíky. K tomuto účelu je možné použít různých druhů stabilizace či solidifikace za vzniku pelet popř. granulátu, který je dále dobře manipulovatelný a jehož parametry splňují podmínky kladené legislativně na výrobky, resp. certifikaci hnojiv dle platných zákonných znění.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje přípravek pro fyzikálně-chemické zlepšení kyselých půd, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že jeho základ tvoří popel z dřevní biomasy a hydroxid vápenatý, přičemž 100 g granulátu obsahuje dle technologického procesu 200 až 1500 mg vápníku, 25 až 150 mg hořčíku, 500 až 2300 mg draslíku, 45 až 250 mg sodíku, 85 až 420 mg fosforu a 4 až 20 mg dusíku.

Přípravek podle vynálezu je charakterizován tím, že 100 g granulátu obsahuje průměrné složení 300 až 650 mg vápníku, 35 až 75 mg hořčíku, 750 až 1500 mg draslíku, 90 až 200 mg sodíku, 150 až 320 mg fosforu a 4 až 9 mg dusíku.

Přípravek podle vynálezu je dále charakterizován tím, zeje ve formě pelet nebo granulátu, jejichž průměrná velikost se nachází v intervalu 0,5 až 2 cm.

Vstupující popel z biomasy musí být zbaven hrubých částic a zbytků nedopalu tak, aby jeho zrnitost byla menší než 1 mm. Hrubé frakce popela musejí být před peletizací drceny. Příprava směsi popela z biomasy a hydroxidu vápenatého probíhá ve vřetenovém mísiči, kde dojde k potřebné homogenizaci vstupní směsi.

Granulace výchozí směsi popelu z biomasy a hydroxidu vápenatého se provádí v otevřené peletizačni míse tak, aby došlo ke vzniku sbalků neboli granulí při otáčkách 8 až 10 min¹ a sklonu peletizačního talíře 60°. Proces peletizace probíhá za běžné laboratorní teploty 18 až 25 °C a tlaku 930 až 109 300 Pa. Peletizovaná směs je průběžně zkrápěna vodou, jejíž průměrná spotřeba je 100 až 200 ml na I kg suché směsi, směs je průběžně ručně doplňována do pracovního prostoru mísy z dávkovače. Spotřeba vody závisí na druhu zpracovávaného popelu a množství přidaného hydroxidu vápenatého. Proces peletizace je diskontinuální, po zpracování určitého množství vsádky cca 10 kg je vyrobený granulát odebrán z prostoru peletizační mísy. Granulát je nutné sušit pro dokonalené vy tvrdnutí. Tvrdnutí granulátu probíhá za přirozených podmínek a laboratorní teploty 18 až 25 °C po dobu 60 až 80 hodin. Granulát je sušen ve vrstvě 15 až 25 cm na speciálních sítech.

Cílem vynálezu je umožnění uzavřených cyklů nutrientů a ostatních biogenních prvků, které jsou ve formě granulovaného přípravku na bázi popela z dřevní biomasy recyklovány zpět do kyselých druhů půd, pro zlepšení jejich jakosti a fyzikálně-chemické vlastností. Zejména dochází k úpravě hodnoty pH neutralizací a biologickému oživení půdního edafonu vlivem přísunu nutrientů.

Toho se značnou měrou dosáhne různými způsoby aplikace přípravku podle vynálezu na povrchu jmenovaných druhů půd, kde lze využít stávající způsoby distribuce přípravku na povrch půdy jako jsou ruční dávkování, pozemní rozmetadla či aplikace vrtulníky s podvěsným rozmetacím zařízením. Popisovaný granulovaný přípravek se vyznačuje snadnou manipulovatelností a skladovatelností a prakticky nepodléhá vlivu stárnutí. Mechanismus účinku modifikovaného popela z dřevní biomasy spočívá v postupném vyluhování granulátu, v závislosti na srážkových úhrnech, kdy dochází ke kontinuální dotaci mikroelementů ve formě roztoků do pod povrchových vrstev půdy a půdní vody. Nutrienty jsou zakomponovány v přirozených speciacích a mohou být snadno využity kořenovými systémy rostlin a mikroorganismy půdních společenstev. Rovněž dochází ke zlepšení pufračních schopností půd a stabilizaci jejich hodnot pH. Působením alkalicky reagujícího výluhu rozpouštěním granulovaného přípravku podle vynálezu dochází také k imobilizaci toxických hlinitých iontů, které jsou jinak vymývány z kyselých půd, a k obnově půdních koloidních minerálních komplexů dodanými prvky pomocí mechanismů sorpce a iontové výměny.

Princip vynálezu spočívá ve využití popelů, vznikajících v zařízeních pro termické energetické zhodnocení samotné biomasy, které pak mohou být po určité úpravě aplikovány na půdách se změněnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi vlivem antropogenní činnosti. Touto aplikací jsou využity cenné mikroelementy a jiné biogenní prvky z popelů, které v současné době prakticky nejsou vůbec využívány a zbytečně jsou odstraňovány jako odpad skládkováním. Přínos uvedeného využívání jinak odpadních popelů lze očekávat na široké škále kyselých, zejména lesních půd.

Granulovaný přípravek na bázi popela z biomasy podle vynálezu byl aplikován na zeminách narušených vlivem acidifikace. Konkrétně se jedná o lesní, zejména horské půdy vázané na krystalinikum, případně o půdy utvářené na coniackých sedimentech se sníženou pufraění schopností vlivem přítomnosti písků a štěrkopísků, chudých na humusové látky. Tyto druhy půd trpí nedostatkem nutrientů, neboť dochází k nevratnému vymývání biogenních prvků do spodních vrstev půdního profilu a k mobilizaci některých nežádoucích látek, zejména těžkých kovů a hlinitých iontů.

Vlivem horizontálních a vertikálních vodních srážek dochází ke spojitému vyluhování cenných biogenních prvků z granulovaného přípravku podle vynálezu a jejich následnému pronikání do půdních struktur. Tyto prvky jsou většinou vázány ve formě uhličitanů, které jsou hydrolýzou transformovány na hydrogenuhličitany, zlepšující pufrační schopnost zeminy. Mechanismy uvolňování některých převazujících prvků lze vystihnout následujícími rovnicemi:

- 2 CL 303270 B6

CaCO₃ + H₂O + CO₂ -+ Ca²⁺ + 2 HCO₃'

MgCO₃ + H₂O + CO₂ — Mg²⁺ + 2 HCO3K2CO3 + 2 H2O -> 2 K + 2 OH’ + C02 + H2O Na2CO3 + 2 H2O -*2 Na⁺ + 2 OH‘ + CO2 + H₂O P₂O₅ + 3 H₂O —> 2 ΡΟΛ + 6 H⁺

Současně dochází ke snižování kyselosti půdy, což se také pozitivně projevuje ve zlepšení stavu půdního edafonu a snížení toxického účinku některých forem kovů - zejména hlinitých kationtů:

Al³⁺ + OH- — AI(OH)3 (s)

Granulovaný přípravek podle vynálezu může být jednoduše a cíleně distribuován na povrchu narušené kyselé půdy buď ručním dávkováním, např. k sazenicím ošetřovaných lesních stromků, jo nebo pomocí pozemního rozmetadla. Na velikých plochách je možné využívat dávkování vrtulníky s podvěsným rozmetacím zařízením.

Přehled obrázku na výkrese 15

Na Obr. 1 je schematicky znázorněn řez granulovaným přípravkem podle vynálezu ajeho vyluhování v kyselé půdě.

Následující příklady technologického postupu pouze dokládají výrobu přípravku podle vynálezu, 20 aniž by ho jakkoliv omezovaly. Uvedený přípravek byl vyroben a úspěšně odzkoušen původci v prostorách přihlašovatele v Technologické laboratoři firmy De konta a.s. ve Slaném, CZ.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Přípravek podle vynálezu byl připraven z popela z biomasy a hydroxidu vápenatého, a to v gra30 nulátové formě. V následující Tabulce l je uvedeno průměrné složení tohoto přípravku vztažené na 1 kg sušiny.

Tabulka 1

prvek	Ca	Mg	K	Na	P	N
mg/kg sušiny	5800	680	12270	1390	2440	80

Příklad 2

Přípravek podle vynálezu byl připraven v granulátové formě, granulaci směsi obsahující 66,6% hmotn. popela z biomasy a 33,3 % hmotn. hydroxidu vápenatého. V následující Tabulce 2 je uvedeno složení tohoto přípravku v mg na 1 kg sušiny.

--.3-.CZ 303270 B6

Tabulka 2

Ca	Mg	K	Na	P	N
3170	370	7570	920	1600	44

Příklad 3

Přípravek podle vynálezu byl připraven v granulátové formě, granulací směsi obsahující 50 % io hmotn. popela z biomasy a 50 % hmotn. hydroxidu vápenatého. V následující Tabulce 3 je uvedeno složení tohoto přípravku v mg na l kg sušiny.

Tabulka 3

Ca	Mg	K	Na	P	N
6330	740	15150	1840	3200	90

Příklad 4

Přípravek podle vynálezu byl připraven v granulátové formě granulací směsi obsahující 33,3 % hmotn. popela z biomasy a 66,6 % hmotn. hydroxidu vápenatého. V následující Tabulce 4 je uvedeno složení tohoto přípravku v mg na 1 kg sušiny.

Tabulka 4

Ca	Mg	K	Na	P	N
12670	1480	22300	2330	4150	170

Průmyslová využitelnost

Přípravek pro fyzikálně chemické zlepšení kyselých půd je určen především pro úpravu lesních a horských půd vlivem antropogenních činností. Zároveň dochází k efektivnímu využití jinak nutričně cenné odpadní hmoty.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

5 1. Prostředek pro fyzikálně-chemické zlepšení kyselých půd, vyznačující se tím, že jeho základ tvoří modifikovaný popel z dřevní biomasy, přičemž 100 g granulátu obsahuje 200 až 1500 mg vápníku, 25 až 150 mg hořčíku, 500 až 2300 mg draslíku, 45 až 250 mg sodíku, 85 až 420 mg fosforu a 4 až 20 mg dusíku.

io
2. Prostředek podle nároku 1, vyznačující se tím, že 100 g granulátu obsahuje 300 až 650 mg vápníku, 35 až 75 mg hořčíku, 750 až 1500 mg draslíku, 90 až 200 mg sodíku, 150 až 320 mg fosforu a 4 až 9 mg dusíku.
3. Prostředek podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se t í m , že je ve formě pelet nebo granu15 látu.

1 výkres ·=-5 CZ 303270 B6 atmosférické srážky vzdušná vlhkost