PL241559B1 - Biopreparat stymulujący wzrost roślin - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest biopreparat stymulujący wzrost roślin, do stosowania zarówno w roli biostymulatora jak też nawozu mineralno-organicznego, na bazie biologicznych osadów ściekowych. Biopreparat zawiera, bloki budulcowe dla roślin w postaci krótkich peptydów w ilości od 0,8% do 62% i aminokwasów w ilości od 0,8% do 80% oraz składniki nawozowe, pozyskane z hydrolizatu białka zawartego w biologicznych osadach ściekowych, takie jak azot w ilości od 1 do 10%, potas w ilości od 0,1 do 2% fosfor w ilości od 0,1 do 15% w przeliczeniu na P2O5 oraz makroskładniki w ilości od 0,1 do 2%, takie jak Mg, Ca, S i mikroelementy w ilości od 0,01 do 0,2% takie jak Cu, Mn, Zn oraz do 8% Fe. Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania biopreparatu stymulującego wzrost roślin, który polega na tym, że biologiczny osad ściekowy, pochodzący z biologicznych oczyszczalni ścieków komunalnych, ścieków z przemysłu spożywczego i hodowli zwierząt lub poferment z biogazowni, poddaje się hydrolizie kwasowej, w obecności kwasu siarkowego użytego w proporcji od 5 do 96% (m/m) lub/i kwasu fosforowego użytego w proporcji od 5 do 85% (m/m), w temperaturze od 20 do 100°C, w proporcji osadu ściekowego do kwasu w zakresie od 1:1 do 100:1, po czym hydrolizat neutralizuje się do uzyskania pH od 5,0 do 6,0. W odmianie sposobu, równolegle z hydrolizą kwasową, część biologicznego osadu ściekowego poddaje się hydrolizie alkalicznej, przy użyciu wodorotlenku potasu, o stężeniu od 5 do 80% m/m, w temperaturze od 20 do 100°C, zachowując stosunek osadu ściekowego do zasady w zakresie od 1:1 do 100:1. Wytworzone hydrolizaty kwaśny i alkaliczny miesza się ze sobą do uzyskania pH od 5,0 do 6,0, w zakresie stosunków od 0,5:1,5 do 2:0,5 odpowiednio hydrolizatu kwaśnego i alkalicznego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest biopreparat stymulujący wzrost roślin do stosowania zarówno w roli biostymulatora wzrostu i rozwoju roślin, jak też nawozu mineralno-organicznego.

Dla zapewnienia roślinom odpowiednich warunków do wzrostu i rozwoju niezbędne jest ich zaopatrzenie w pierwiastki biogenne oraz w mikroelementy, których źródłem mogą być również surowce wtórne.

W uprawach roślin stosuje się biostymulatory wzrostu, w celu usprawnienia procesów wzrostu i rozwoju roślin. Usprawniają one pobieranie składników mineralnych z podłoża, przyspieszają procesy fotosyntezy oraz stymulują wzrost korzeni. Wpływ biostymulatorów na rośliny nie polega na bezpośrednim udziale w regulacji procesów życiowych, lecz na oddziaływaniu na metabolizm rośliny, a także zmniejszaniu wpływu środowiska zanieczyszczonego toksycznymi substancjami lub metalami ciężkimi na ich wartości odżywcze.

Biostymulator znany z europejskiego zgłoszenia patentowego EP 2735232A dotyczy kompozycji do oprysku dolistnego, zawierającej hydrolizat białkowy uzyskany z biomasy alg, którą poddaje się reakcji enzymatycznej wspomaganej ultrasonifikacją. Hydrolizat jest zagęszczany metodą ultrafiltracji stycznej, a uzyskany retentat ponownie poddawany hydrolizie enzymatycznej i wzbogacany w selen. Zastosowanie takiego rozwiązania jest kosztowne i stwarza ryzyko zarażenia patogenami, których fragmenty mogą być obecne w preparatach biologicznych.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego US 8 603799 środek stymulujący wzrost roślin oraz chroniący je przed chorobami bakteryjnymi i grzybiczymi, otrzymany ze Streptomyces scopuliridis. W sposobie tym wykorzystuje się elementy grzybowych patogenów roślin: fragmentów komórek, białek lub polipeptydów.

W opisie patentowym PL 224604 opisany jest kompleksowy środek stymulujący wzrost roślin. Środek ten zawiera kwas indolilo-3-masłowy (IBA) w ilości 0,30-0,39% wagowych, 6-benzyloaminopurynę (BAP) w tej samej ilości oraz askorbinian tytanu w ilości 0,009-0,02% wagowych.

W literaturze naukowej istnieją wzmianki o użyciu osadów ściekowych do otrzymania nawozów (Kirchmann, H., Boijesson, G., Katterer, T., Cohen, Y., 2017. Ambio 46, 143-154). W publikacji Belhaj, D., Elloumi, N., Jerbi, B., Zouari, M., Abdallah, F. Ben, Ayadi, H., Kallel, M., 2016. Environ. Sci. Pollut. Res. 23, 20168-20177 opisano wykorzystanie świeżego niehigienizowanego osadu czynnego w różnych dawkach w uprawie słonecznika, zawartość związków anty oksydacyjnych w osadzie pozwala na uzyskanie dobrego plonu. W publikacji Waste and Biomass Valorization 8, 1781-1791 opisano otrzymywanie nawozów z użyciem osadów ściekowych, poprzez ich zmieszanie z substancjami korygującymi jak: wapienie, odpady węglowe, pyły z produkcji cementu i jego przetwórstwa czy popioły lotne ze spalania węgla kamiennego. Opisano również sposób wytwarza nawozów z suchego osadu ściekowego, poprzez wymieszanie z klasycznymi solami nawozowymi - chlorkiem potasu oraz wodorofosforanem diamonu (DAP) (Kominko, H., Gorazda, K., Wzorek, Z., Wojtas, K., 2018. Waste and Biomass Valorization 9, 1817-1826).

Znany jest z chińskiego zgłoszenia patentowego CN101962302A sposób wytwarzania nawozu organicznego z wykorzystaniem osadu ściekowego, obejmujący zakwaszenie osadu, obróbkę cieplną, filtrację i neutralizację zawiesiny. Po granulacji i wysuszeniu uzyskuje się nawóz bogaty w cenne makroelementy (NPK), stosowany do upraw na dużą skalę. Sposób wytwarzania nawozu wieloskładnikowego z osadów ściekowych opisany w innym chińskim zgłoszeniu patentowym CN1459437A polega na zmieszaniu osadu komunalnego z kwasem siarkowym i fosforytami, w temperaturze 100-120°C przez 24 h, w celu otrzymania nawozu zawierającego 10-20% fosforu oraz 20-40% magnezu. W chińskim dokumencie CN101429066A opisano sposób wytwarzania nawozu z osadu ściekowego z produkcji papieru, w którym szlam po kompostowaniu w warunkach tlenowych mieszany jest z węglem, mocznikiem i fosforanem jednoamonowym oraz mikroelementami (Zn, Mn). Uzyskany produkt stosowany jest w uprawach warzyw, drzew owocowych, chińskich ziół leczniczych oraz pszenic i kukurydzy.

Z polskiego zgłoszenia patentowego PL 395594 znany jest sposób utylizacji nadmiarowego osadu ściekowego zawierającego w 100 j. w. 20-40 j. w. suchej masy, który polega na tym, że osad mineralizuje się kwasem siarkowym o stężeniu powyżej 80% w ilości 20-70 j. w., po czym dodaje się środek zobojętniający odczyn, taki jak magnezyt kaustyczny, tlenek wapnia lub mieszanina tlenku magnezu i tlenku wapnia w ilości 20-90 j. w., a po zakończeniu reakcji osad miesza się z węglanem wapnia jako inhibitorem wilgoci i przetwarza na granulki o średnicy 3-10 mm.

PL 241 559 B1

Znany jest z chińskiego zgłoszenia patentowego CN1301679A sposób wytwarzania wieloskładnikowego nawozu z osadów przemysłowych, do których dodaje się odpadowy kwas przemysłowy. Mieszaninę po sterylizacji i dezynfekcji poddaje się hydrolizie zakwaszającej przez 45 min w temp. 75°C i uzupełnia sproszkowaną rudę bogatą w P, K, Si, Ca i Mg, łuskami ryżowymi, trocinami oraz nieorganiczną sól amonową, po zneutralizowaniu wapnem, wysuszone granule stosowane są jako nawóz. Opisany w innym chińskim zgłoszeniu patentowym CN102584463A sposób wytwarzania wieloskładnikowych nawozów z osadów komunalnych, obejmuje zatężanie osadu, oddzielenie szlamu od wody, suszenie i sterylizację w temp. 80-90°C. Ponadto w zależności od rodzaju uprawy czy warunków glebowych, nawóz uzupełniany jest substancjami dodatkowymi. W innym chińskim zgłoszeniu patentowym CN104803733A opisano sposób wytwarzania nawozu poprzez przekształcenie osadu z oczyszczalni ścieków, obejmujący oczyszczanie osadu chlorem, filtrację, oddzielenie supernatantu i usunięcie metali ciężkich. Osad neutralizuje się wapnem do pH=7,8 i dodaje tetraboran sodu, molibdenian amonu, chlorek manganu i siarczan cynku. Uzyskany nawóz granulowany jest łatwo przyswajalny przez rośliny, łatwo rozpuszczalny i zawiera: 2-7% B, 4-9% Mn, 4-9% Mo, 3-6% Zn a zawartość wody w granuli wynosi 5-7%.

W amerykańskim zgłoszeniu patentowym US 2015027180 A opisano sposób przetwarzania odwodnionego niejednorodnego szlamu, zawierającego organiczne materiały odpadowe w jednorodny ekstrakt węgla i aminokwasów, mający zastosowanie jako nawóz; polegający na tym, że po wymieszaniu kwasu siarkowego o stężeniu 93%, w ilości 5-15% w. z osadem do pH 1, dodaje się kwas fosforowy jako środek kondycjonujący i miesza do uzyskania jednorodnego ekstraktu. Z tego dokumentu znany jest również nawóz wytworzony ww. sposobem, który zawiera: azot, fosfor, siarkę oraz co najmniej 0,5% wag. całkowitego węgla i aminokwasów.

Celem wynalazku jest opracowanie biopreparatu dynamizującego wzrost i rozwój roślin, pobudzającego wzrost komórek roślinnych oraz stymulującego ich podział, z wykorzystaniem biologicznych osadów ściekowych, zawierających zhydrolizowane białko, unieszkodliwione mikroorganizmy, w tym patogenne bakterie i grzyby, takie jak Pseudomonas aeruginosa, Salmonella, Escherichia coli, czy drożdżaki Candida.

Istotę wynalazku stanowi biopreparat stymulujący wzrost roślin, na bazie biologicznych osadów ściekowych, który zawiera 10-70% m/m hydrolizatu białka zawierającego od 0,8% do 62% oligopeptydów oraz od 0,8% do 80% aminokwasów, stanowiących bloki budulcowe dla roślin, uzyskanych w wyniku hydrolizy kwasowej i ewentualnie zasadowej odpadowych osadów ściekowych pochodzących z biologicznych oczyszczalni ścieków komunalnych, z przemysłu spożywczego, z hodowli zwierząt lub z pofermentu usuniętego z biogazowni. Biopreparat otrzymany w procesie hydrolizy kwaśnej i ewentualnie alkalicznej jest jednocześnie nawozem mineralno-organicznym, bogatym w istotne składniki nawozowe, obejmujące azot w ilości od 1 do 10%, potas w ilości od 0,1 do 2%, fosfor w przeliczeniu na P2O5, w ilości od 0,1 do 15% oraz makroskładniki takie jak: magnez, wapń, siarka, w ilości od 0,1 do 2% i mikroelementy takie jak: miedź Cu, mangan Mn, cynk Zn, w ilości od 0,01 do 0,2% oraz do 8% żelaza Fe. Korzystnie biopreparat zawiera dodatkowo biostymulujący składnik w postaci tytanu Ti, w ilości od 0,01 do 0,2%.

Powstałe w procesie hydrolizy kwaśnej i zasadowej w wyniku chemicznego kondycjonowania białka, oligopeptydy i aminokwasy, stanowiące gotowe bloki budulcowe dla roślin, aplikuje się na uprawy w roli biostymulatorów wzrostu oraz nawozów mineralno-organicznych.

Zaletą wynalazku jest zagospodarowanie odpadowych osadów ściekowych jako surowca wtórnego, w celach intensyfikacji produkcji rolnej, tym bardziej cenne, że od 1 stycznia 2016 r. tego typu odpady nie mogą być składowane.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że możliwe jest wpływanie w skuteczny sposób na wzrost roślin dzięki zastosowaniu biodostępnych aminokwasów, oligopeptydów oraz jonów makro- i mikroelementów, takich jak N, P, K, Fe, Zn, Cu, Mn, Ti, uzyskanych w wyniku hydrolizy i sanityzacji osadów ściekowych pochodzących z komunalnych biologicznych oczyszczalni ścieków, osadów z przemysłu spożywczego, hodowli zwierząt i pofermentu z biogazowni. Opłacalny sposób wytwarzania biopreparatu według wynalazku zapewnia roślinom odpowiednie warunki do wzrostu i rozwoju przez ich zaopatrzenie w pierwiastki biogenne oraz w mikroelementy, których źródłem są osady ściekowe.

Szczególnie ważną zaletą wynalazku jest wykorzystanie mikroorganizmów, zawartych w osadach ściekowych, które ze względu na możliwość powodowania zakażeń, poddawane są procesowi higieni

PL 241 559 B1 zacji/sanityzacji, podczas której zachodzi hydroliza białek w osadach. Zawarte w preparacie aminokwasy mają właściwości stymulujące wzrost roślin, dzięki czemu zwiększają potencjał nawozowy preparatu, przyjaznego dla środowiska naturalnego.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w poniższych przykładach wykonania. We wszystkich przykładach otrzymany biopreparat zawiera hydrolizat białka, mający w swoim składzie od 0,8% do 62% oligopeptydów i od 0,8% do 80% aminokwasów, oraz zawiera makroskładniki takie jak: Mg, Ca i S, w ilości 0,01% do 2%, które nie zostały w tych przykładach szczegółowo określone.

P R Z Y K Ł A D 1

Biopreparat stymulujący wzrost roślin według wynalazku otrzymano z 1000 kg osadu ściekowego, pochodzącego z biologicznej oczyszczalni ścieków w fermie drobiu, poddanego hydrolizie kwasowej, w reaktorze ze stali kwasoodpornej, przy użyciu 111 kg kwasu siarkowego o stężeniu 96% (m/m) przez 1 godzinę w temperaturze 20°C. Hydrolizat zawierający oligopeptydy i aminokwasy neutralizuje się, przy użyciu 389 kg popiołu drzewnego pochodzącego ze spalania biomasy. Otrzymano preparat zawierający 0,03% Zn, 0,05% Cu, 8% Fe, 0,1% Mn, 1% K2O, 1,5% P2O5, 1,5% N oraz 10% zhydrolizowanego białka. Biopreparat stosuje się pod uprawę ogórka w dawce 550 kg/ha, uzyskując wzrost plonu ogórka o 50%. Wzrost przyrostu biomasy roślin wynosi 70%, w tym 60% przyrost długości korzeni oraz 50% przyrost długości łodyg.

P R Z Y K Ł A D 2

Biopreparat stymulujący wzrost roślin otrzymano z 500 kg biologicznych osadów ściekowych z zakładów przetwórstwa spożywczego, poddanych hydrolizie kwasowej w reaktorze ze stali kwasoodpornej przy pomocy 55 kg kwasu siarkowego o stężeniu 96% (m/m) oraz z 500 kg osadu ściekowego poddanego hydrolizie alkalicznej przy pomocy 111 kg wodorotlenku potasu o stężeniu 50% m/m. Po godzinnej hydrolizie w temperaturze 20°C, miesza się kwaśny i zasadowy hydrolizat, zawierający oligopeptydy i aminokwasy, do uzyskania pH 5.0. Otrzymano preparat zawierający 50% zhydrolizowanego białka oraz 0,03% Zn, 0,01% Cu, 7% Fe, 0,05% Mn, 0,2% K2O, 2% P2O5, 7,6% N, który zastosowano pod uprawę kukurydzy w dawce 250 kg/ha.

Uzyskano o około 40% większy przyrost biomasy roślin, w tym 30% przyrost długości korzeni 25% przyrost długości łodyg oraz 40% wzrost plonu.

P R Z Y K Ł A D 3

Biopreparat stymulujący wzrost roślin otrzymano z 500 kg biologicznego osadu ściekowego, pochodzącego z oczyszczalni ścieków komunalnych, poddanego hydrolizie przy pomocy 55 kg mieszaniny kwasu siarkowego o stężeniu 96% (m/m) oraz kwasu fosforowego o stężeniu 85% (m/m), w stosunku 1:1 oraz zmieszanego z hydrolizatem alkalicznym, otrzymanym z 500 kg biologicznego osadu ściekowego, poddanego hydrolizie alkalicznej przy pomocy 111 kg wodorotlenku potasu o stężeniu 50% (m/m). Po godzinnej hydrolizie w temperaturze 50°C, hydrolizaty kwaśny i zasadowy, zawierające oligopeptydy i aminokwasy, miesza się do uzyskania pH 5.0.

Otrzymano biopreparat zawierający 0,05% Zn, 0,01% Cu, 5% Fe, 0,05% Mn, 0,2% K2O, 4% P2O5, 6% N i 0,2% Ti oraz 40% zhydrolizowanego białka.

Preparat, będący biostymulatorem i nawozem zastosowano pod uprawę pszenicy w dawce 300 kg/ha. Uzyskano o około 20% większy przyrost biomasy roślin, w tym 15% przyrost długości korzeni oraz 12% przyrost długości łodyg i 30% wzrost plonu.

P R Z Y K Ł A D 4

Biopreparat stymulujący wzrost roślin otrzymano z 1000 kg biologicznego osadu ściekowego, pochodzącego z biogazowni, poddanego hydrolizie przy pomocy z 111 kg kwasu fosforowego o stężeniu 85% (m/m) przez 1 godzinę w temperaturze 70°C. Hydrolizat zawierający oligopeptydy i aminokwasy neutralizuje się, przy użyciu wodorotlenku potasu w postaci stałej, do uzyskania pH 5,0. Otrzymano biopreparat zawierający 0,01% Zn, 0,1% Cu, 2% Fe, 0,01% Mn, 1% K2O, 5% P2O5, 9% N oraz 60% zhydrolizowanego białka. Preparat, będący biostymulatorem i nawozem, stosuje się pod uprawę rzepaku w dawce 300 kg/ha. Uzyskuje się o 28% większy przyrost biomasy roślin: 10% przyrost długości korzeni oraz 16% przyrost długości łodyg i 27% wzrost plonu rzepaku.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Biopreparat stymulujący wzrost roślin, na bazie biologicznych osadów ściekowych, otrzymany w procesie hydrolizy kwasowej i ewentualnie zasadowej biologicznych osadów ściekowych, znamienny tym, że zawiera 10-70% m/m hydrolizatu białka, zawierającego od 0,8% do 62% oligopeptydów oraz od 0,8% do 80% aminokwasów, stanowiących bloki budulcowe dla roślin, uzyskanych w wyniku hydrolizy kwasowej i ewentualnie zasadowej odpadowych osadów ściekowych pochodzących z biologicznych oczyszczalni ścieków komunalnych, z przemysłu spożywczego, z hodowli zwierząt lub z pofermentu usuniętego z biogazowni, a ponadto biopreparat zawiera składniki nawozowe takie jak: azot w ilości od 1 do 10%, potas w przeliczeniu na K2O, w ilości od 0,1 do 2%, fosfor w przeliczeniu na P2O5, w ilości od 0,1 do 15% oraz makroskładniki takie jak: magnez, wapń, siarka, w ilości od 0,1 do 2% i mikroelementy takie jak: miedź Cu, mangan Mn, cynk Zn, w ilości od 0,01 do 0,2% oraz do 8% żelaza Fe.
2. 2. Biopreparat według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo zawiera składnik biostymulujący w postaci tytanu Ti, w ilości od 0,01 do 0,2%.