CZ34650U1 - Zařízení pro kapalnou semi-emerzní aktivaci půdních aditiv - Google Patents

Description

Zařízení pro kapalnou semi-emerzní aktivaci půdních aditiv

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení určeného pro obohacení materiálů (užívaných jako půdní aditiva pro zlepšení půdních vlastností) živinami a prospěšnými půdními mikroorganismy.

Dosavadní stav techniky

Půdní aditiva, jako bentonit, montmorillonit, biouhel, jsou využívána v zemědělství pro zlepšení půdních vlastností. V současné době se většina půdních aditiv, která mají charakter pevných materiálů schopných vázat na svém povrchu chemické látky (živiny pro rostliny a půdní organismy) nebo sloužit jako nosiče pro kolonizaci půdními mikroorganismy, aplikuje do půdy přímo bez úpravy či po předchozí úpravě. Tyto úpravy zahrnují metody obohacování živinami řízeným technologickým postupem (deprivatizace, směsné materiály) nebo „stařením“ ve směsi s organickými hnojivý (v průběhu jejich výroby a po ní) statkovými (hnůj, kejda, močůvka) či odpadními (kompost, digestát). V tomto případě dochází k obohacování půdních aditiv sorpcí živin (a dalších látek) i mikroorganismů v hnojivech obsažených na povrch materiálů. Zmíněné úpravy dále zlepšují (aktivují) vlastnosti a přínos půdních aditiv pro kvalitu půdy a výživu pěstovaných plodin. Řízený technologický postup využívá pouze chemicko-fyzikální metody aktivace půdních aditiv. Aktivace půdních aditiv míšením s organickými hnojivý zase vyžaduje aplikovat půdní aditiva pouze ve směsi s těmito hnojivý, složení a vlastnosti výsledného produktu jsou značnou měrou dány typem použitého organického hnojivá. Technologie, která by umožnila aktivaci půdních aditiv bez nutnosti následně je aplikovat spolu s aktivačním médiem, která by produkovala jasně definovaný produkt a byla snadno automatizovatelná, není v současnosti známa nebo prakticky využívána.

Technické řešení si klade za úkol navrhnout zařízení pro cílené úpravy chemických a biologických vlastností půdních aditiv pomocí aktivační kapaliny obohacené živinami a prospěšnými půdními mikroorganismy.

Podstata technického řešení

Návrh technologického řešení je založen na aktivačním zařízení určeném pro semi-emerzní aktivaci půdních aditiv. K aktivaci půdních aditiv ve větším objemu dochází aplikací aktivační kapaliny rozstřikem na jejich povrch a následným střídáním podmínek s různou mírou aerace, tedy intervalu, kdy je půdní aditivum zaplaveno aktivační kapalinou (nižší aerace) a intervalu, kdy aktivační kapalina protéká půdním aditivem (vyšší aerace), které následně zůstává pouze zvlhčené touto kapalinou. Toto technické řešení je možné využít k promývání půdních aditiv kapalinou, což povede: 1) k vazbě živin z aktivační kapaliny; 2) ke kolonizaci půdních aditiv prospěšnými mikroorganismy; a 3) k případnému uvolnění nežádoucích znečišťujících látek. Tento semiemerzní přístup docílí především vyššího obohacení půdního aditiva živinami a houbovými a kvasinkovými organismy. Díky předkládanému technickému řešení lze využít aktivační kapalinu připravenou s jasně definovanými vlastnostmi (složení nutrientů, mikrobiální obohacení, teplota, pH, okysličení).

Předmětem předkládaného technického řešení je zařízení vhodné pro kapalnou aktivaci půdních aditiv. Toto zařízení zahrnuje výhodně řešenou horní (aktivační) nádrž, ve které je umístěn aktivační koš z perforovaného plechu vystlaný polopropustným materiálem, který se naplní půdním aditivem, které má být aktivováno. Polopropustný materiál je vybraný ze skupiny polyamidových sít tak, aby měl výhodně zvolené vlastnosti (velikost ok, tloušťku, pevnost) pro účely technického řešení. Výhodou je zejména využití polopropustného materiálu s velikostí ok

-1 CZ 34650 UI menší než 2000 pm, protože se zvýší množství vláknitých hub zachycených v aktivovaném materiálu. Zařízení dále obsahuje spodní nádrž, která se naplní aktivační kapalinou, a která je po celou dobu aktivace efektivně aerována pomocí aeračního roštu, umístěného vhodně na dně spodní nádrže, a připojeného ke zdroji vzduchu. Spodní nádrž pro aktivační kapalinu je opatřená čerpadlem s hladinovými spínači (min. a max.), napojeným na skrápěcí zařízení, které je uzpůsobeno pro skrápění obsahu aktivačního koše. Dno aktivační nádrže je umístěno vertikálně výš než dno spodní nádrže, aby mohla přebytečná nebo použitá aktivační kapalina samospádem odtékat z aktivační nádrže skrze potrubí zpět do spodní nádrže. Aktivační nádrž je opatřena ventilem pro vypuštění kapaliny z aktivační nádrže do odtokového potrubí.

V jednom provedení mají aktivační nádrž a perforovaný aktivační koš otevíratelné dno. To slouží ke snadnějšímu odběru již aktivovaného půdního aditiva.

Aktivační kapalinu požadovaných vlastností odborník v oboru snadno připraví díky možnosti výběru jasně definovaných zdrojů živin a zdrojů mikrobiálního společenstva. Aktivační kapalina se čerpá čerpadlem ze spodní nádrže do otočného skrápěcího zařízení, které aktivační kapalinou skrápí půdní aditivum v horní (aktivační) nádrži. Půdní aditivum může být v prostředí aktivační kapaliny zbavováno případných znečišťujících látek a obohacováno vazbou živin z aktivační kapaliny a mikroorganismy, které modifikují a kolonizují jeho povrch. Při aktivaci dochází k obohacení půdního aditiva živinami a prospěšnými půdními mikroorganismy (především houbami a kvasinkami) za současného možného vymytí případných znečišťujících látek. Zařízení podle předkládaného technického řešení umožňuje střídání aerobních a mikroaerobních podmínek během procesu aktivace.

Po skončení aktivace lze použitou aktivační kapalinu z aktivační nádrže vypustit ventilem do odtokového potrubí. Ve výhodném provedení je odtokové potrubí vyústěno do spodní nádrže pro aktivační kapalinu, ta může být doplněna a znovu použita v dalším cyklu aktivace půdního aditiva.

V jednom provedení technického řešení je aktivační nádrž umístěna přímo nad spodní nádrží.

V jednom provedení obsahuje zařízení podle předkládaného technického řešení dále kontejner pro odběr aktivovaného půdního aditiva, přičemž aktivační nádrž jev tomto provedení umístěna nad tímto kontejnerem. Aktivované půdní aditivum lze snadno přemístit do kontejneru umístěného pod aktivační nádrží otevřením jejího dna a dna aktivačního koše.

Ve výhodném provedení obsahuje zařízení podle předkládaného technického řešení dále násypku pro dávkování půdního aditiva do aktivačního koše, přičemž násypka je umístěna nad aktivační nádrží a perforovaným aktivačním košem.

V jednom provedení obsahuje zařízení podle předkládaného technického řešení dále řídicí jednotku a alespoň jeden senzor, vybraný ze skupiny zahrnující pH a/nebo kyslíkovou elektrodu, topné těleso s termostatem, přičemž senzor je umístěný ve spodní nádrži a je připojený k řídicí jednotce.

Ve výhodném provedení je spodní nádrž připojena ke zdroji vody a popřípadě k alespoň jedné zásobní nádrži pro jednotlivé složky aktivační kapaliny (živiny, mikrobiální inokulum), přičemž čerpání vody a popřípadě obsahu zásobní nádrže do zařízení je řízeno řídicí jednotkou.

Toto zařízení tak umožňuje díky svému řešení snadnou manipulaci a automatizaci procesu aktivace půdních aditiv. Automatizace provozuje zajištěna čerpadlem s hladinovými spínači (min. a max.), pH a/nebo kyslíkovou elektrodou a topným tělesem s termostatem v dolní nádrži, které jsou propojeny s řídící jednotkou, která pomocí dopouštění vody a přívodu živin do spodní nádrže, regulací pH a teploty udržuje optimální podmínky pro růst mikrobiálního společenstva. Snadná manipulace s půdním aditivem může být zajištěna dávkováním zvoleného materiálu (půdního aditiva) z násypky umístěné nad horní nádrží přímo do aktivačního koše.

-2CZ 34650 UI

Objasnění výkresů

Technické řešení je dále objasněno pomocí výkresů, kde obr. 1 schematicky znázorňuje aktivační kolonu.

1) Spodní nádrž

2) Aerační rošt

3) Čerpadlo s hladinovým spínačem

4) Horní (aktivační) nádrž

5) Aktivační koš

6) Nosná kovová konstrukce

7) Kontejner

8) Otočné skrápěcí zařízení

9) Odtokové potrubí

10) Ventil na odtokovém potrubí

11) Násypka vstupního materiálu

12) Zdroj vody

13) Zásobník živin (popř. mikrobiálního inokula)

14) Topné těleso s termostatem

15) Senzor - například pH a/nebo kyslíková elektroda

16) Rí dí cí j ednotka

Následující příklad provedení aktivační kolonu podle technického řešení pouze dokládá, ale neomezuje.

Příklady uskutečnění technického řešení

Aktivační kolona (viz Obr. 1) je zařízení určené pro semi-emerzní aktivaci půdních aditiv pomocí cirkulace aktivační kapaliny. Toto zařízení sestává ze spodní nádrže 1, ve které je aktivační kapalina, která je aerována a míchána pomocí aeračního roštu 2 umístěného na dně nádrže. Aktivační kapalina je pomocí čerpadla 3 s rozvody distribuována nad horní (aktivační) nádrž 4, ve které je umístěn aktivační koš 5 z perforovaného plechu vystlaný polopropustným materiálem o velikosti ok menších než 2000 pm naplněným půdním aditivem. Tato horní nádrž je umístěna na nosné kovové konstrukci 6, pod níž je umístěn kontejner 7 na odběr aktivovaného půdního aditiva. Nad horní nádrží s aktivačním košem je umístěno otočné skrápěcí zařízení 8, ze kterého otvory po celé jeho délce tryská aktivační kapalina, a které se proudem čerpané kapaliny otáčí v rozsahu, který umožňuje rovnoměrné skrápění zvlhčovaného půdního aditiva v aktivačním koši po celé jeho ploše. Kapalina protéká gravitačně skrze půdní aditivum umístěné v aktivačním koši a odtokovým potrubím 9 do dolní nádrže, odkud je periodicky přečerpávána nad horní nádrž (délkou intervalu lze upravovat délku aerobní části aktivačního procesu). Pomocí ventilu 10 na odtokovém potrubí horní nádrže lze pak regulovat dobu, po kterou je půdní aditivum zaplaveno aktivační kapalinou (mikroaerobní část aktivačního procesu).

Aktivační koš 5, který je součástí aktivační kolony dle příkladu 1, byl naplněn pomocí násypky 11 120 kg biouhlu. Do spodní nádrže 1 bylo ze zdroje vody 12 napuštěno 600 1 vody pokojové teploty, která byla následně obohacena o 30 kg vodorozpustného hnojivá NPK ze zásobníku živin 13. Aerační rošt 2 byl napojen na ztroj tlakového vzduchu (3000 1 vzduchu za hodinu). Pomocí topného tělesa s termostatem, napojeného na řídící jednotku, byly sledovány a udržovány ideální podmínky aktivace (teplota 20±2 °C). Dále bylo sledováno pH 15. Po týdnu aktivace byla pomocí ventilu 10 a odtokového potrubí 9 na dolní nádrži vypuštěna aktivační kapalina. A biouhel obohacený o živiny byl vysypán pomocí otvíratelného dna aktivačního nádrže 4 a koše 5 do kontejneru 7 umístěného na nosné kovové konstrukci 6. Takto upravený biouhel byl aplikován na půdu před setím obilnin a zapraven do hloubky 20 cm.

Claims (11)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení pro aktivaci půdních aditiv, vyznačené tím, že obsahuje: aktivační nádrž (4), ve které je umístěn perforovaný aktivační koš (5) pro umístění půdního aditiva, a která je opatřena ventilem (10) pro vypuštění kapaliny z aktivační nádrže (4) do odtokového potrubí (9), spodní nádrž (1) pro aktivační kapalinu, opatřenou čerpadlem (3), napojeným na skrápěcí zařízení (8), přičemž skrápěcí zařízení (8) je uzpůsobeno pro skrápění obsahu aktivačního koše (5) a přičemž dno aktivační nádrže (4) je umístěno vertikálně výš než dno spodní nádrže (1).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že aktivační nádrž (4) a perforovaný aktivační koš (5) mají otevíratelné dno.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačené tím, že perforovaný aktivační koš (5) obsahuje polopropustný materiál, vybraný ze skupiny polyamidových sít.

4. Zařízení podle nároku 3, vyznačené tím, že polopropustný materiál má velikost ok menší než 2000 pm.

5. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 4, vyznačené tím, že spodní nádrž (1) je opatřena aeračním roštem (2), umístěným na dně spodní nádrže (1), a připojeným ke zdroji vzduchu.

6. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 5, vyznačené tím, že odtokové potrubí (9) je vedeno z aktivační nádrže (4) do spodní nádrže (1) a ze spodní nádrže (1) dále do odpadu.

7. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačené tím, že aktivační nádrž (4) je umístěna nad spodní nádrží (1).

8. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačené tím, že dále obsahuje kontejner (7) pro odběr aktivovaného půdního aditiva, přičemž aktivační nádrž (4) je umístěna nad tímto kontejnerem (7).

9. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 8, vyznačené tím, že dále obsahuje násypku (11) pro dávkování půdního aditiva do aktivačního koše (5), přičemž násypka (11) je umístěna nad aktivační nádrží (4) a perforovaným aktivačním košem (5).

10. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 9, vyznačené tím, že dále obsahuje řídicí jednotku (16) a alespoň jeden senzor (15), vybraný ze skupiny zahrnující pH a/nebo kyslíkovou elektrodu a topné těleso (14) s termostatem, přičemž senzor (15) je umístěný ve spodní nádrži (1) je připojený k řídicí jednotce (16).

11. Zařízení podle nároku 10, vyznačené tím, že spodní nádrž (1) je připojena ke zdroji vody (12) a alespoň k jedné zásobní nádrži (13) pro jednotlivé složky aktivační kapaliny, přičemž čerpání vody a obsahu zásobní nádrže do zařízení je řízeno řídicí jednotkou (16).