Study of sapropel processing process in rotary disperser-mixer

Abstract

Organic sapropel is a high-quality source of soil humus replenishment and is highly effective when applied to degraded and technogenically contaminated soils. The specific conditions of sapropel deposit formation result in a dispersed structure containing 92-98% water. To utilize sapropel as a solid organic fertilizer, its moisture content must be reduced to 60%, which requires significant energy input. One approach to utilizing organic sapropel in its natural moisture state is treating it with a weak alkaline (or acidic) solution to produce humic fertilizers. To ensure a high-quality reaction between sapropel and alkaline solution, a laboratory-scale rotary disperser-mixer was developed. This design facilitates micro-mixing of naturally moist sapropel with an alkaline solution in an annular channel formed between the rotor and stator. The aim of this study is to determine how the parameters of sapropel treatment in the developed disperser-mixer influence the activation of the humic complex. The study investigated the effects of the alkali solution concentration, the sapropel-to-alkali solution ratio, and the disperser-mixer rotor speed on the treatment process. To assess the effectiveness of the treated sapropel, a laboratory experiment was conducted, growing oil radish with varying fertilizer applications. A four-factor Box-Behnken experimental design was used to develop a mathematical model describing the effect of the treated sapropel on oil radish growth. The results indicate that sapropel processed using the developed rotary disperser mixer, compared to untreated sapropel, led to a 5-20% increase in oil radish plant height.

Органічний сапропель є високоякісним джерелом поповнення гумусу ґрунту та є високоефективним при застосуванні на деградованих та техногенно забруднених ґрунтах. Специфічні умови формування родовищ сапропелю призводять до дисперсної структури, що містить 92-98% води. Для використання сапропелю як твердого органічного добрива його вміст вологи необхідно знизити до 60%, що вимагає значних енергозатрат. Одним із підходів до використання органічного сапропелю в його природному стані вологості є обробка його слабким лужним (або кислим) розчином для отримання гумінових добрив. Для забезпечення високоякісної реакції між сапропелем та лужним розчином був розроблений лабораторний роторний диспергатор-змішувач. Ця конструкція сприяє мікрозмішуванню природно вологого сапропелю з лужним розчином у кільцевому каналі, утвореному між ротором та статором. Метою цього дослідження є визначення того, як параметри обробки сапропелю в розробленому диспергаторі-змішувачі впливають на активацію гумінового комплексу. У дослідженні досліджувався вплив концентрації лужного розчину, співвідношення сапропелю до лугового розчину та швидкості обертання ротора диспергатора-змішувача на процес обробки. Для оцінки ефективності обробленого сапропелю було проведено лабораторний експеримент з вирощування редьки олійної з різним застосуванням добрив. Для розробки математичної моделі, що описує вплив обробленого сапропелю на ріст редьки олійної, було використано чотирифакторний експериментальний план Бокса-Бенкена. Результати показують, що сапропел, оброблений за допомогою розробленого роторного диспергуючого змішувача, порівняно з необробленим сапропелем, призвів до збільшення висоти рослин редьки олійної на 5-20%.