Ежегодный рост потребления комплексных минеральных удобрений в сельском хозяйстве требует увеличения их производства. Однако нарастить изготовление исчерпаемых фосфоросодержащих удобрений является трудной задачей. В тоже время сточные воды агропредприятий содержат достаточно подходящих элементов, осаждение которых в виде минерала струвита даст возможность получения эффективного комплексного удобрения. Применение именно комплексных удобрений, содержащих в своем составе магний, обеспечивает ускорение роста и плодоношения сельскохозяйственных культур.
Предлагаемый учеными способ позволяет извлекать из агропромышленных сточных вод магний-аммоний-фосфат в виде крупного легкофильтруемого осадка, который можно использовать в качестве азото-фосфорного удобрения. Благодаря повышенной крупности полученное удобрение обладает умеренной растворимостью в нейтральной среде, не уходит в грунтовые воды в период проливных дождей и остается в прикорневой зоне, обеспечивая питание растений продолжительное время. Также значительно снижается нагрузка на очистные сооружения и карты накопители сточных вод.
Ученые запатентовали разработку. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Магний-аммоний-фосфат (струвит) — безбалластное комплексное удобрение с прологинированным эффектом действия. Ранее ученые уже разрабатывали экологичное удобрение на основе сточных вод одного из химических предприятий Пермского края. Сейчас же производство струвита изучено на основе отходов агропромышленных компаний (например, стоков коровников крупного рогатого скота, свиноферм, мясоперерабатывающих предприятий и др.). На данный момент известно несколько способов извлечения струвита из сточных вод, но все они имеют свои недостатки, такие как дороговизна материалов, повышенная энергозатратность и труднофильтруемость струвита.
— Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение — получение более дешевого и менее энергозатратного комплексного азото-фосфорного удобрения в форме магний-аммоний-фосфата (струвита), имеющего пониженную растворимость в нейтральной среде, — рассказывает доцент кафедры «Химические технологии» Пермского Политеха, кандидат технических наук Андрей Старостин.
Химиками разработан способ, при котором использование агростоков, содержащих большое количество аммонийного азота и фосфат ионов, предварительный их подогрев и введение затравки (кристаллов мелкодисперсного магний-аммоний-фосфата) на стадии химического осаждения обеспечивают образование крупного легкофильтруемого осадка магний-аммоний-фосфата. Исследователи провели четыре эксперимента по извлечению струвита из сточных вод, отличающихся использованием различных реагентов (бишофит, солянокислые и сернокислые вытяжки из гидросиликата магния). В качестве источника сырья для получения магний-аммоний-фосфата были использованы сточные воды агропредприятия крупнорогатого скота с концентрацией ионов аммония 257 мг/л и фосфат ионов 105 мг/л. Значение pH сточных вод составляло 8,10 единиц.
Для получения струвита использовали химический стакан с крышкой, объемом 600 мл, установленный на плитке с магнитной мешалкой. Исходный сток объемом 0,5 л нагревали в стакане до температуры 30 °С, после чего корректировали значение pH до 9,04-9,52 единиц предварительно приготовленным раствором гидроксида натрия с концентрацией 3,2 г/л.
Затем в подогретый сток последовательно вводили предварительно полученный из бишофита раствор хлорида магния, при постоянном перемешивании и постоянной температуре для формирования первичных частиц магний-аммоний-фосфата и их последующего роста. При введении раствора хлорида магния происходило образование светлого осадка. Длительность перемешивания составляла 10 минут. После чего осадок отфильтровывали, сушили при температуре 60 °С до постоянной массы, взвешивали и анализировали на спектрометре и в аналитической лаборатории на содержание аммония. В результате был получен осадок магний-аммоний-фосфата.
Ученые выявили, что использование всех реагентов позволяет извлечь магний-аммоний-фосфат в виде рыхлого осадка и сократить содержание аммонийного азота в сточных водах. А вытянутая и крупная форма частиц струвита облегчает условия их обезвоживания и обеспечивает пониженную растворимость в нейтральной среде.
Использование в предлагаемом способе распространенных и недорогих минералов — бишофита или гидросиликата магния (серпентинита) в качестве источника ионов магния при извлечении магний-аммоний-фосфата позволяет снизить затраты на реагенты и их доставку.
Технологию можно применить на агропромышленных и сельскохозяйственных предприятиях в составе очистных сооружений, а также на химических предприятиях и объектах коммунального хозяйства, сообщают ученые.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60% — региональные университеты.