СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В БИОГУМУС Российский патент 1996 года по МПК C05F3/06 A01K67/33 C05F9/04 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к производству органических удобрений на основе переработки органических отходов промышленности vermi-культурой.

Известен способ получения удобрения, в котором отходы животного происхождения, такие как навоз и моча, или твердые отходы растительного происхождения, в особенности получаемые при переработке картофеля, могут быть превращены в удобрение, напоминающее по виду торф, с помощью земляных червей, предпочтительно видов Eisenia foetiga, Dendrobaena veneta, Eudrilus eugeiae или Perionyx excavatus (Заявка Великобритании N 2126574, кл. C 05 F 3/00, опублик. 28.03.84).

Известен способ получения биогумуса, включающий приготовление субстрата, внесение в него червей вида Eisenia foetida (Sav), укладку его в бурты и компостирование, отделение полученного биогумуса от червей, его высушивание, измельчение и просеивание, причем субстрат готовят путем смешивания равных количеств отходов мясной, кожевенной, спиртово-крахмальной промышленности и переработки плодово-ягодных культур, червей вносят в количестве 1,5-2,0 тыс. особей на 1 м², а компостирование ведут в течение 20-30 дней при влажности 60-80% и аэрации, осуществляемой через воздуховоды из соломы, размещенной в компостируемой массе (Авторское свидетельство СССР N 1724658, кл. C 05 F 11/00, опублик. 07.04.92).

Применяемые в данных технологиях компоненты субстрата (отходы животного, растительного происхождения, отходы комбинатов пищевой промышленности) не оказывают существенного влияния на ухудшение экологической ситуации на территории их получения в связи с широкой сферой полезного использования этих компонентов и в иных областях сельского хозяйства (приготовление компостов, в качестве удобрений, корма для птицы или скота и т.п.). В связи широкими возможностями в полезном применении отходов (особенно навоза, отходов мясной промышленности) затраты на приобретение этих отходов повышают затраты на получение биогумуса по предлагаемым технологиям.

Известен также способ утилизации твердых отходов фабрик по производству бумаги, в котором в субстрат из твердых отходов с добавками торфа, навоза крупного рогатого скота и минерального азота в виде мочевины вводят земляных червей, в частности вида Eisenia foetida с плотностью заселения 2 кг на 1 м², и (или) их коконы и выдерживают до тех пор, пока отходы не превратятся в рыхлый материал типа почвы. Черви могут быть затем отделены от этого материала, который используют в качестве компоста в садоводстве. Считают, что отходы бумажных фабрик обязательно должны быть смешаны с дополнительными питательными веществами, содержащими азот, такими как навоз крупного рогатого скота или искусственный источник азота, как мочевина. При производстве бумаги варят древесину для получения целлюлозы, добавляют древесную массу, тряпье (текстиль и макулатуру) и различные химикаты (глинозем, каолит, красители, клеи, канифоль). Эти компоненты определяют и химический состав отходов бумажных фабрик (заявка ЕРV N 0181153, кл. C05 F 7/02, опублик. 14.05.86).

В данной технологии применен субстрат из отходов (навоз крупного рогатого скота, отходы бумажных фабрик, торф) нескольких различных производств. При этом территориальная отделенность этих производств или дефицитность отдельных компонентов в конкретной местности (в частности торфа) существенно повышают затраты на утилизацию отходов и получение биогумуса и усложняют обеспечение непрерывности замкнутого цикла переработки отходов в больших количествах и получения биогумуса. Кроме того, данная технология обеспечивает низкую интенсивность переработки отходов бумажных фабрик (отходы составляют до 75% в общей массе субстрата).

Изобретение решает задачу улучшения экологической обстановки на производстве мягкой кровли (картона) картонно-рубероидных заводов путем утилизации скопа отходов этого производства, не имеющего полезного применения, с получением высокоэффективного органического удобрения биогумуса при высокой интенсивности переработки указанных отходов и низкой стоимости получения биогумуса за счет применения набора недефицитных (навоз свиней, КПС), мало применяемых (куриный помет) однородных компонентов субстрата и обеспечения непрерывности замкнутого цикла переработки отходов с помощью биотехнологии (красного калифорнийского червя Eisenia foetida.

В настоящее время технологический цикл картонно-рубероидного производства не предусматривает переработки скопа, как отхода производства. На большинстве предприятий стран СНГ скоп не подвергался какой-либо переработке, а вывозился на свалку. На Краснодарском заводе предпринималась попытка использовать скоп в качестве одного из компонентов при изготовлении труб, она не увенчалась успехом.

Данный скоп образуется на картонно-рубероидных заводах при производстве картона, для изготовления которого в качестве сырья используется текстиль, циклонный пух, хлопковая целлюлоза, макулатура. Для изготовления 1 тонны картона по данным завода за 1988-1991 г в среднем расходуется 12-26% текстильного сырья, 0,2-3,0% циклонного пуха, 0,3-1,0% хлопковой целлюлозы и 87,5-70,0% макулатуры. Часть измельченного и увлажненного сырья, перемещаясь в ходе технологического процесса по сетке (решетке), стекает с нее в виде кашицеобразной массы, которая затем подвергается просушиванию и является скопом. Отсутствие в сырье химикатов (органических или неорганических) и наличие циклонного пуха (для придания рыхлости картону) существенно отличает производство картона от производства бумаги и определяет химический состав соответствующих отходов этих производств.

Химический состав скопа следующий: влажность 60-70% зольность 20-25% органическое вещество 75-80% азот общий (в пересчете на сухое вещество) 0,5-0,8% фосфор (в пересчете на Р₂О₅) 0,6-0,8% рН 5,2-6,5; физическое состояние сыпучая масса.

В процессе технологического производства картона образуется от 3 до 8 т скопа в сутки, не имеющего полезного применения и ухудшающего экологическую обстановку на территориях предприятий региона.

Поставленная в задаче цель достигается тем, что в способе утилизации органических отходов в биогумус, включающем приготовление субстрата путем смешивания компонентов, одним из которых являются отходы животного происхождения, внесение в ней червей и/или их коконов, укладку субстрата в короба или гряды и компостирование при влажности 65-80% и аэрации, отделение червей от полученного биогумуса, в качестве главного компонента в субстрат вводят скоп, являющийся отходом производства картона, в количестве от 20 до 80% к общей массы субстрата, причем в качестве отходов животного происхождения применены навоз крупного рогатого скота и/или навоз свиней и помет птиц, применены черви вида Eisenia foetida в количестве 15-25 тыс. особей на 1 м², при низком содержании азота в субстрате после смешивания компонентов вводят добавки азота минеральных удобрений в виде мочевины в количестве не более 5% от общей массы субстрата с одновременной добавкой известняковой муки в количестве, обеспечивающем рН среды готового субстрата не более 8.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "новизна".

Известно применение червей вида Eisenia foetida для утилизации органических отходов, но для мясной, кожевенной, спиртово-крахмальной промышленности (Авторское свидетельство СССР N 1724658, кл. C 05 F 11/00, опублик. 07.04.92), отходов животного происхождения, такие как навоз и моча (Заявка Великобритании N 2126574, кл. С 05 F 3/00, опублик. 28.03.84, Заявка ПНР N 255068, кл. C 05 F, опублик. 06.04.87), отходов бумажных фабрик (Заявка ЕПV N 0181153, кл. C 05 F 7/02, опублик. 14.05.86).

Известно применение червей других видов для переработки в удобрение куриного помета (Заявка Японии N 61-40634, кл. C 05 F 3/00, опублик. 10.09.86), свиного навоза (Заявка Франции N 2587993, кл. C 05 F 3/00, опублик. 03.04.87).

Сведений об известности отличительных признаков, касающихся применения в качестве компонента субстрата для внесения червей отхода (скопа) картонно-рубероидного производства, предложенного соотношения компонентов субстрата, плотности заселения субстрата червями и режима компостирования в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого устройства, положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемая способ получения биогумуса осуществляют следующим образом.

Основным компонентом для приготовления субстрата является скоп-отход цеха по производству картона картонно-рубероидного завода.

Скоп смешивают с навозом крупного рогатого скота (КРС), свиней, пометом птиц, в частности куриным, при необходимости добавляют мочевину и известняковую муку, например, в следующих соотношениях (см. табл.1).

Навоз свиней и КРС, помет должны пройти ферментацию перед смешивание со скопом, последний лучше использовать свежий. При низком содержании азота (из-за плохого качества навоза или при использовании субстратов IV и V) осуществляют введение в субстрат мочевины и известняковой муки. После смешивания компонентов массу расстилают слоем 25-30 см, увлажняют до 70-75% и в течение 2-3-х недель выдерживают при постоянной аэрации путем перемешивания.

Химический состав некоторых базовых субстратов (I-III) приведен в табл. 2.

Лучшим субстратом для жизнедеятельности червей является субстрат с содержанием скопа 50% навоза свиней 30% помета 20%
Компостирование готовой смеси проводят в закрытом, отапливаемом помещении в кирпичных коробах высотой 45 см или в грядах, высотой 25-30 см при температуре в грядах 13-15^оС, в коробах 18-20^оС зимой, летом в грядах 15-18^оС, в коробах до 20-25^оС. Влажность поддерживается на уровне 65-80% периодически (1-2 раза в неделю) осуществляется аэрация компостной массы. Плотность заселения компостной массы дождевыми червями вида Eisenia foetida 15-25 тыс.особей на 1 м². Базовый субстрат закладывают высотой 10-15 см. По мере переработки этого слоя субстрата можно проводить 2-3 подкормки (по мере переработки предыдущего слоя субстрата добавляют свежие порции его 2-3 раза за технологический цикл). По окончании компостирования червей отделяют вручную от биогумуса, а последний высушивают, просеивают, оценивают качество лабораторными анализами и упаковывают в мешки.

Химический состав биогумуса, полученного при различном соотношении скопа, навоза КРС, свиней, помета (субстраты I-III) представлен в табл.3.

При высоком (более 80%) и низком (менее 20%) содержании скопа в субстрате активность жизнедеятельности популяции червей снижается из-за дефицита азота в первом случае, углерода во втором и нарушения благоприятного соотношения углерода к азоту (C:N). Минеральный азот в виде мочевины добавляют не более 5% от общей массы субстрата. При большем его количестве первоначально образуется избыток аммиака и субстрат становится не пригодным для червей. Добавка известняковой муки при этом необходима для обеспечения оптимальной кислотности (рН не более 8) субстрата. Плотность 15-25 тыс./м² особей червей обеспечивает поддержание активного состояния возрастных групп и коконов червей, что способствует максимальному использованию смеси отходов в виде корма. За срок 90-100 дней такая плотность червей обеспечивает полную переработку субстрата в биогумус. Влажность субстрата в диапазоне 65-80% является оптимальной для обеспечения нормальной жизнедеятельности червей.

П р и м е р 1. Базовый субстрат 1 (скоп 50% навоз свиней 30% помет птицы 20%), отвечающий экологическим требованиям для жизнедеятельности червей вида Eisenia foetida, помещают в технологические емкости (кирпичные короба) высотой 45 см, шириной 2 м, длиной 14 м или в гряды шириной 1 м, длина произвольная, высотой 25-30 см. Плотность заселения компостной массы дождевыми червями вида Eisenia foetida 15-25 тыс. особей на 1 м². В процессе компостирования (в течение 90-100 дней) поддерживается оптимальная для жизнедеятельности червей влажность среды (65-80%), проводится аэрация 1-2 раза в неделю. Выход биогумуса 50-55% Данный субстрат является лучшим для жизнедеятельности вермикультуры и получения биогумуса с более высокими показателями.

П р и м е р 2. В качестве основного компонента субстрата для вермикультуры применен скоп (80% ) органический отход картонного цеха рубероидного завода и введены добавки минерального азота в виде мочевины, известняковой муки, помета или свиного навоза. Интенсивность переработки такого субстрата и размножения популяции червей исследовали на 2-х смесях на основе скопа 80% с добавлением 10% куриного помета или свиного навоза, 5% мочевины и 5% известняковой муки (субстраты IV и V).

Свежий скоп с влажностью 60-70% смешивали с пометом или свиным навозом, добавляли известняковую муку и минеральный азот в виде мочевины.

Смесь компонентов выдерживали 4 недели при периодической аэрации и увлажнении. После лабораторных анализов на пригодность субстрата и тест-пробы червей проводили заселение по 500 взрослых особей в тарный ящик с массой субстрата 10 кг, в 2-х-кратной повторности. В качестве контроля был вариант со смесью скоп 50% свиной навоз 30% помет 20% Через 60 дней, когда субстрат был полностью переработан, провели подсчет численности червей и анализ качества биогумуса. Результаты показывают, что органическая масса отходов (скоп) картонного цеха картонно-рубероидного завода может служить субстратом для вермикультуры при использовании ее в качестве основного компонента с добавлением небольшого количества (10%) отходов животного происхождения и минерального азота в виде мочевины, а также известняковой муки. Результаты представлены в табл.4.

Выход биогумуса по предлагаемой технологии утилизации отходов 50-55% с содержанием органического вещества в нм 30-60% основных элементов питания (NРК) 33-35 мг на 1 кг биогумуса, а также микроэлементов Cu, Zn, Mn, B, биологически активных веществ (стимуляторов роста, гормонов, антибиотиков). О пригодности субстрата, приготовленного на основе скопа с различными добавками навоза, помета, азота минеральных удобрений для питания червей вида Eisenia foctida свидетельствует тот факт, что за 50-60 дней компостирования популяция их увеличивалась в 5-6 раз. Эти смеси обеспечивают повышенную интенсивность переработки скопа, обеспечивают самую низкую себестоимость биогумуса и наиболее целесообразны при дефицитности компонентов субстрата или их высокой стоимости.

Предлагаемая технология позволяет интенсивно утилизировать скоп, не имевший ранее полезного практического применения, и получать биогумус низкой себестоимости за счет применения недифицитных компонентов субстрата. Переработка скопа в условиях завода позволяет осуществлять безотходную технологию, решать экологическую проблему, оздоравливать окружающую среду, получать высокоэффективное органическое удобрение длительного действия биогумус, который может быть использован для воспроизводства плодородия почв, их реанимации, рекультивации, как полноценное комплексное удобрение, хорошо сбалансированное по макро- и микроэлементам питания для растений, снижающее действие вредных химических веществ (минеральных удобрений, пестицидов), радионуклидов, тяжелых металлов на почву и окружающую среду, способствующее повышению урожайности сельскохозяйственных культур и улучшению качества продукции.

Использование: в сельском хозяйстве, при переработке органических удобрений на основе переработки органических отходов промышленности vermi-культурой. Сущность: способ включает приготовление субстрата путем смешивания компонентов, одним из которых являются отходы животного происхождения, внесение в него червей и/или их коконов, укладку субстрата в коробку или гряды и компостирование при влажности 65-80 % и аэрации, отделение червей от полученного биогумуса. В качестве главного компонента в субстрат вводят скоп, являющийся отходом производства картона, в количестве 20-80 % к общей массе субстрата. В качестве отходов животного происхождения применены навоз крупного рогатого скота и/или навоз свиней и помет птиц, применены черви вида Eisenia foetida в количестве 15-25 тыс. особей на 1 м². При низком содержании азота в субстрате после смешивания компонентов вводят добавки азота минеральных удобрений в виде мочевины в количестве не более 5% от общей массы субстрата с одновременной добавкой известняковой муки в количестве, обеспечивающем рН среды готового субстрата не более 8. 4з.п. ф-лы, 4 табл.

1. СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В БИОГУМУС, включающий приготовление субстрата путем смешивания компонентов, одним из которых являются отходы животного происхождения в виде навоза крупного рогатого скота и/или навоза свиней и помета птиц и целлюлозосодержащий материал, укладку субстрата в короба или гряды, внесение в него червей и/или их коконов, компостирование, аэрацию и отделение червей от полученного биогумуса, отличающийся тем, что целлюлозосодержащий материал вводят в субстрат в качестве главного компонента в виде скопа, являющегося отходом производства картона, в количестве 20 80% к общей массе субстрата, а компостирование осуществляют при влажности 65 80%
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при компотировании используют червей вида Eisenia foctida. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что червей вносят в количестве (15 25) • 10³ особей на 1 м². 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что при низком содержании азота в субстрате после смешивания компонентов вводят добавки азота минеральных удобрений. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что в качестве азота минеральных удобрений применена мочевина в количестве не более 5% от общей массы субстрата, а ее добавку в субстрат осуществляют одновременно с добавкой известняковой муки в количестве, обеспечивающем pH среды готового субстрата не более 8.