Искусственная почва
Владельцы патента RU 2277326:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет) (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может найти применение при проведении биологической рекультивации для возврата нарушенных земель в сельскохозяйственный фонд и закрепления пылящих поверхностей отвалов, хвостохранилищ. Искусственная почва включает биологически активное вещество, сапропель, влагоемкое гельобразующее вещество и воду. Дополнительно почва содержит прокаленную алюминиевую пудру, гашеную известь Са(ОН)2. В качестве гельобразующего вещества используют карбоксиметилцеллюлозу, в качестве биологически активного вещества - измельченные отходы мукомольного производства. Компоненты берут в следующем массовом соотношении, %: Са(ОН)2 5,5-6,5, алюминиевая пудра 1,0-1,3, измельченные отходы мукомольного производства 17-22, карбоксиметилцеллюлоза 1,6-2,0, сапропель 1,8-1,2, вода - остальное. Искусственная почва позволяет предотвратить водную и ветровую эрозию и создать плодородный слой почвы как на существующих, так и создаваемых вновь сыпучих массивах, при уменьшении расхода почвообразующих компонентов. 1 табл.
Изобретение относится к составам искусственных почв и может найти применение при проведении биологической рекультивации: для возврата нарушенных земель в сельскохозяйственный фонд и закрепления пылящих поверхностей отвалов, хвостохранилищ.
Известна искусственная почва (патент РФ №2032319, МПК A 01 G 31/00, 1995 г.), которая состоит из цеолита в количестве 15-33%, полимера, растворимого в воде (10-23%), экстракта растительного конденсированного (5-10%), сине-зеленой водоросли Nostos Zinckia (0,03-0,06%), остальное сапропель. Недостатками такой почвы является сложность изготовления компонентов, высокое содержание алюмосиликатов (цеолита).
Известно связующее для закрепления дисперсных систем, в том числе почв и грунтов (патент РФ №2142492, МПК C 08 L 33/00, 1999 г.), которое состоит из анионного полиэлектролита (Na-соль карбоксиметилцеллюлозы) в количестве 0,5-3%, катионного полиэлектролита (полидиметилдиаллиламмоний хлорид) (0,5-3%), соли щелочного металла или аммония (1,2-2,7%), смеси КО3 и CaCl2 (0,3-1%) и воды. Недостатками данного связующего являются токсичность (из-за наличия солей аммония) и уменьшение плодоносности почвы.
За прототип заявленного изобретения принимаем искусственную почву по патенту РФ №2032704, МПК С 09 К 17/00, МПК A 01 G 31/00, 1995 г. В данном изобретении искусственная почва состоит из сапропеля, гельобразующего нетоксичного растворимого в воде полимера в количестве 0,005-0,150% от массы сапропеля, конденсированного экстракта люцерны в количестве 1,5-15,0% от массы сапропеля. Недостатками такой искусственной почвы является подверженность ветровой эрозии.
Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков: повышение защитных свойств от физического воздействия (водной и ветровой эрозии).
Технический результат достигается тем, что искусственная почва, включающая биологически активное вещество, сапропель, влагоемкое гельобразующее вещество, воду, согласно изобретению она дополнительно содержит прокаленную алюминиевую пудру, гашеную известь Ca(OH)2, а в качестве гельобразующего вещества используют карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в качестве биологически активного вещества используют измельченные отходы мукомольного производства при следующем массовом соотношении компонентов, %:
| Са(ОН)2 | 5,5-6,5 |
| алюминиевая пудра | 1,0-1,3 |
| измельченные отходы мукомольного производства | 17-22 |
| карбоксиметилцеллюлоза | 1,6-2,0 |
| сапропель | 1,8-2,2 |
| вода | остальное |
Предложенная искусственная почва представляет собой пенную смесь малой кратности (кратность - отношение объема полученной пены к объему водного раствора пенообразователя, который затрачен для получения пены), образованную при проведении реакции газообразования.
Для получения пенной смеси применена реакция газообразования на основе алюминиевой пудры, которая, реагируя с гидратом окиси кальция в водной среде, выделяет водород:
2Al+3Са(ОН)2+6Н2O=Са3[Al(ОН)6]2+3Н2↑
Искусственную почву приготавливают следующим образом:
1. Прокалить алюминиевую пудру (массовое соотношение - 1,0-1,3%) в течение 3-4 часов при температуре 200°С.
2. Нагреть воду до температуры 90°С.
3. Са(ОН)2 (гашеную известь) (5,5-6,5%), сапропель (1,8-2,2%), карбоксиметилцеллюлозу (1,6-2,0%) тщательно перемешать в воде до образования однородной массы.
4. Добавлять измельченные отходы мукомольного производства (17-22%) и алюминиевую пудру (при температуре раствора 80°С) при постоянном перемешивании до начала реакции газообразования (загустения раствора).
Опытами установлено, что через 3-4 часа реакция газообразования прекращается и полученная искусственная почва приобретет максимальную кратность. Искусственная почва полностью высыхает в течение 30-45 дней. На поверхности почвы наблюдается плотная корка, которая не разрушается в процессе полива и последующего иссушения, обеспечивая защиту поверхности почвы от пыления и разрушения вследствие осадков.
В таблице представлены значения кратности различных составов искусственной почвы:
| Таблица | ||||||||||
| № | Са(ОН)2, % | Al пудра, % | отходы мукомольного производства, % | КМЦ, % | Сапропель, % | вода, % | Кратность (4 часа) | Кратность (3 дня) | Кратность (7 дней) | Кратность (14 дней) |
| 1 | 4 | 1 | 15 | 1,4 | 1 | 77,6 | 3,5 | 3,0 | 2,7 | 2,5 |
| 2 | 5 | 1,1 | 17 | 1,6 | 1,6 | 73,7 | 3,8 | 3,2 | 2,8 | 2,8 |
| 3 | 5,5 | 1,2 | 18 | 1,7 | 1,8 | 71,8 | 4,5 | 3,7 | 3,5 | 3,1 |
| 4 | 6 | 1,2 | 19 | 1,8 | 2,0 | 70 | 4,5 | 3,85 | 3,6 | 3,3 |
| 5 | 6,5 | 1,3 | 22 | 2,0 | 0,0 | 68,2 | 4,15 | 3,2 | 3,1 | 3, |
| 6 | 6,8 | 1,5 | 24 | 2,3 | 3,0 | 62,4 | 3,7 | 3,2 | 2,9 | 2,8 |
Из таблицы видно, что оптимальным соотношением компонентов для получения наибольшей кратности пены обладает состав №4 искусственной почвы.
Нанесение искусственной почвы повышает защитные свойства рекультивируемых поверхностей от физического воздействия (водной и ветровой эрозии) и создает плодородный слой почвы. Искусственная почва состоит из экологически чистых компонентов.
При приготовлении искусственной почвы в виде пенной смеси малой кратности, расход почвообразующих компонентов (сапропель, отходы мукомольного производства) уменьшается; обеспечивается возможность нанесения искусственной почвы на рекультивируемую поверхность в виде загустевшей смеси (до окончания реакции газообразования) с последующим самостоятельным увеличением объема почвы.
Искусственная почва, включающая биологически активное вещество, сапропель, влагоемкое гельобразующее вещество, воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит прокаленную алюминиевую пудру, гашеную известь Са(ОН)2, а в качестве гельобразующего вещества используют карбоксиметилцеллюлозу, и в качестве биологически активного вещества используют измельченные отходы мукомольного производства при следующем массовом соотношении компонентов, %:
| Са(ОН)2 | 5,5-6,5 |
| Алюминиевая пудра | 1,0-1,3 |
| Измельченные отходы мукомольного производства | 17-22 |
| Карбоксиметилцеллюлоза | 1,6-2,0 |
| Сапропель | 1,8-2,2 |
| Вода | Остальное |
