СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИЧИНОК СИНАНТРОПНЫХ МУХ Российский патент 1997 года по МПК A01K67/33 

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к переработке отходов животноводства биологическим способом.

Известен способ переработки навоза личинками синантропных мух, реализованный в установке для переработки навоза беспозвоночными животными сапрофагами (авт. св. СССР N 966948, кл. А 01 К 67/00). Культивирование личинок осуществляют в горизонтально расположенных лотках, установленных в контейнерах с регулируемым микроклиматом. Лотки прямоугольной формы имеют сплошное дно и борта, высота бортов в 3 раза превышает высоту слоя перерабатываемого в них навоза для затруднения миграции личинок, что существенно снижает коэффициент использования внутреннего объема установки. Глубина переработки навоза не превышает 5 8 см, а его влажность не должна превышать 81% иначе яйца и отродившиеся личинки синантропных мух утонут в таком навозе. При оптимальной влажности субстрата 78% в нем в процессе переработки гибнет до 75% личинок. С увеличением влажности субстрата увеличивается процент гибели личинок в субстрате, что приводит к резкому снижению выхода биомассы личинок и снижению качества переработки субстрата.

Известен способ получения личинок синантропных мух (патент РФ N 1491427, кл. А 01 К 67/00), по которому культивирование личинок осуществляют в вертикально расположенных перфорированных емкостях, проницаемых для жидкой фракции навоза и личинок синантропных мух. В период развития личинок, начиная с третьих суток, вдоль стенок емкостей подают воздушный поток, а в период сбора личинок, на пятые-шестые сутки после внесения яиц в навоз, подачу воздушного потока прекращают и частично герметизируют корпус установки. Яйца мух вносят на поверхность навоза в верхней части перфорированной емкости.

В настоящее время данный способ является наиболее эффективным способом переработки отходов животноводства. Однако и ему присущи следующие недостатки. Результаты исследований показали, что высокий выход биомассы личинок обеспечивается высоким процентом их выживаемости, а не увеличением массы тела каждой личинки. Оптимальные гидротермические и питательные условия для отрождения яиц и развития личинок синантропных мух создаются лишь в начальный период развития личинок, то есть в течение первых 2-3 суток, а далее происходит ухудшение снабжения личинок питательными веществами из-за неравномерного распределения личинок в объеме субстрата. Это является следствием того, что в первые двое суток личинки очень медленно набирают массу тела, имеют малые размеры и им хватает корма в месте внесения. Таким образом, факторов, побуждающих личинок активно мигрировать от места внесения нет, а их малые размеры тоже не способствуют миграции на большие расстояния от места внесения. Однако на третьи сутки происходит многократное, почти скачкообразное увеличение массы тела личинок, что и вынуждает их мигрировать в поисках непереработанного субстрата. Казалось бы личинкам проще перемещаться по перфорированным стенкам емкости, но большая масса и скользкая поверхность тела личинок не позволяют им удерживаться на боковых перфорированных стенках емкости и часть их может осыпаться, что приведет к потере биомассы. Поэтому в способе прототипе на третьи сутки начинают обдув перфорированных стенок емкости воздухом, чтобы личинки ушли с поверхности в толщу субстрата. Таким образом, личинки оказываются лишенными возможности мигрировать в нижнюю часть перфорированной емкости по боковым стенкам емкости. Перемещение личинок в субстрате следующее. Личинки, находившиеся в верхней части емкости, двигаясь в нижнюю часть емкости в поисках непереработанного субстрата, попадают в зону субстрата, переработанного личинками, ранее мигрировавшими по боковым стенкам емкости. В переработанном субстрате скорость перемещения личинок намного больше, чем в непереработанном. Таким образом, примерно на третьи четвертые сутки происходит концентрация большей части личинок на границе переработанного и непереработанного субстрата в одну большую группу, что приводит к резкому уменьшению фронта переработки субстрата. Доступ к непереработанному субстрату получают лишь личинки, находящиеся в головной части этой группы, а личинки, находящиеся в центре и в хвосте этой группы, вынуждены питаться испражнениями впередиидущих личинок, что приводит к недостаточному набору массы всех личинок, так как личинки в группе меняются местами, они оттесняют друг друга в борьбе за доступ к корму. Постоянное затрачивание усилий на проникновение к непереработанному субстрату отрицательно сказывается на скорости увеличения массы тела личинок.

Предлагаемым изобретением решается задача увеличения выхода биомассы личинок путем повышения массы тела каждой личинки за счет создания оптимальных условий для их роста и развития. Увеличения выхода биомассы личинок за счет увеличения процента их выживаемости путем создания условий, снижающих гибель яиц и личинок в жидком субстрате. По предлагаемому способу получения личинок синантропных мух культивирование личинок осуществляют в емкости, проницаемой для жидкости, воздуха и личинок синантропных мух, при толщине слоя навоза в емкости, равной глубине проникновения личинок в субстрат. Причем внесение яиц и выращивание личинок осуществляют при горизонтальном расположении перфорированных емкостей. Загрузку емкостей с субстратом возможно проводить в вертикальном и в горизонтальном положениях. Например, после загрузки емкостей субстратом их приводят в горизонтальное положение, а на поверхность верхней перфорированной стенки емкости помещают яйца синантропных мух. После отрождения личинок и распределения их по поверхности субстрата, подачу воздушного потока вдоль стенок емкостей ведут в течение всего периода выращивания личинок, под действием которого исключается возможность миграции личинок за пределы перфорированной емкости. После окончания периода развития личинок осуществляют их отделение от субстрата, для чего прекращают обдув емкости воздушным потоком, переводят ее в вертикальное положение и частично герметизируют корпус.

Исследованиями авторов установлено, что отродившиеся из яиц личинки распределяются по поверхности субстрата и внедряются в него отдельными группами. В каждой группе имеется такое количество личинок, при котором каждая личинка при необходимости имеет свободный доступ к непереработанному субстрату, что обеспечивает равномерное и максимально возможное увеличение массы тела всех личинок в группе. Как правило, группы личинок между собой не контактируют и перерабатывают субстрат самостоятельно. По мере переработки субстрата личинками и увеличения их размеров и массы тела, особенно на третьи сутки, личинкам в группе становится тесно при продвижении к корму. Часть личинок, которая имеет доступ к непереработанному субстрату, остается на месте, а остальные имеют возможность выйти на поверхность субстрата (а не перемещаться в переработанном навозе) и по поверхности субстрата мигрировать в поисках корма (непереработанного субстрата). Деление одной группы личинок на несколько малых может происходить постоянно по мере увеличения размеров личинок. Обдув перфорированной емкости, вводимый на третьи сутки, препятствует выходу личинок на вертикальные боковые стенки перфорированной емкости и днище, а движение воздуха над верхней горизонтальной поверхностью субстрата от обдува перфорированной емкости не оказывает заметного воздействия на личинок и не препятствует их перемещению по поверхности субстрата в поисках корма.

Заявляемый способ позволяет по сравнению с прототипом обеспечить в равной степени и в достаточном количестве всех отродившихся личинок питательными веществами субстрата и этим увеличить выход биомассы личинок на 50 и более процентов, повысить процент выживаемости личинок до 70 и более процентов. Заявляемый способ обеспечивает выход биомассы личинок более высокий, чем выход биомассы при внесении яиц в вертикально расположенную перфорированную емкость с распределением их (яиц) по высоте емкости (авт. св. CCCP N 1676566, кл. А 01 К 67/00).

Кроме того устройство для внесения яиц в субстрат имеет довольно сложную и громоздкую конструкцию и сложно в эксплуатации.

От прототипа заявляемый способ отличается тем, что выращивание личинок синантропных мух осуществляют при горизонтальном расположении перфорированной емкости.

Авторам известно выращивание личинок синантропных мух в установке (авт. св. СССР N 873919, кл. А 01 С 3/00), содержащей лоток, в днище которого вмонтированы трубки с капиллярными отверстиями, причем трубки соединены посредством воздуховода последовательно с вентилятором, нагревателем и дозатором воздуха. Формально лоток с днищем, имеющим трубки с капиллярными отверстиями, можно было бы отнести к емкости с перфорированным днищем. Но капиллярные отверстия предназначены не для выхода из субстрата излишков жидкой фракции и создания таким путем нормальных условий для развития личинок. Через капилляры в субстрат нагнетается воздух, который не распределяется в субстрате равномерно, поскольку субстрат имеет неоднородную структуру и оказывает неодинаковое во всех своих зонах сопротивление нагнетаемому в него воздуху. Последний через зоны наименьшего сопротивления выходит наружу, образуя в субстрате щели и увлекая за собой содержащуюся в нем жидкость на его же поверхность, которая разливается по упомянутой поверхности и заливает проделанные личинками ходы и изолирует личинок от воздуха, вызывая этим их гибель. Причем, чем выше влажность субстрата, тем больше утонувших личинок.

Кроме того, горизонтальное расположение емкостей лотков в описанной и других установках принято только для создания слоя субстрата толщиной, соответствующей глубине проникновения личинок в субстрат. В установках подобного типа она составляет 5 8 см.

Из представленных сведений и других известных авторам источников не следует очевидным образом мысль о необходимости располагать перфорированную емкость с субстратом в период выращивания личинок горизонтально.

На фиг. 1 и 2 представлена принципиальная схема одного из вариантов устройства для реализации заявляемого способа, изготовленного и испытанного в Новосибирском Госагроуниверситете.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого расположена перфорированная емкость 2. Пространство между корпусом 1 и перфорированной емкостью 2 образует вентиляционные коридоры 3. Верхняя часть корпуса 1 закрывается сплошной крышкой 4, а верхняя часть емкости 2 перфорированной крышкой 5. На одной из боковых сторон корпуса 1 расположено окно 6, закрываемое крышкой 7. Корпус 1 расположен на станине 8 посредством осей 9, с возможностью изменения положения в пространстве. Для фиксации корпуса 1 и соответственно емкости 2 как в вертикальном, так и в горизонтальном положении на станине 8 установлен фиксатор 10. В нижней части корпуса 1 под перфорированной емкостью 2 расположено приемное устройство для жидкой фракции, личинок и биоперегноя, выполненное в виде емкости 11. Для создания воздушного потока, обдувающего стенки перфорированной емкости 2, корпус 1 сообщен с помощью воздуховода 12 с вентилятором 13.

Работает устройство следующим образом. С помощью загрузочного устройства (на фиг. не показано) загружают перфорированную емкость 2 субстратом и закрывают ее перфорированной крышкой 5. При горизонтальном расположении перфорированной емкости 2 на ее верхнюю перфорированную стенку через окно 6 вносят яйца синантропных мух. Помещение яиц на поверхность субстрата, закрытую перфорацией предотвращает гибель яиц и отродившихся личинок синантропных мух даже в том случае, если влажность субстрата будет превышать 90% После внесения яиц окно 6 закрывают крышкой 7. В результате испарения влаги субстрата внутри корпуса 1 влажность воздуха достигает 100% что является оптимальным условием для отрождения личинок и их сохранности. Причем процент отрождения может достигать 90 99% Поскольку яйца мух вносились на горизонтальную перфорированную стенку емкости 2, и если к моменту отрождения личинок субстрат в верхней своей части не успеет снизить свою влажность до 70 75% влажности, при которой личинки синантропных мух практически не гибнут в субстрате, то отродившиеся личинки будут использовать верхнюю перфорированную стенку емкости 2 как субстрат, а соприкасающийся с перфорацией жидкий субстрат как корм. По мере снижения влажности верхнего слоя перерабатываемых отходов животноводства до безопасного для личинок уровня, личинки будут мигрировать с перфорированной стенки емкости 2 в перерабатываемые отходы животноводства и использовать его не только как корм, но и как субстрат, что позволит повысить процент выживания личинок до 70% и более. На третьи сутки после внесения яиц, с помощью вентилятора 13 обдувают перфорированную емкость 2 воздухом, что исключает возможность миграции личинок за пределы перфорированной емкости 2. Поскольку переработка субстрата личинками синантропных мух, так же как сток избытков жидкой фракции субстрата, сопровождается уменьшением его объема, то расстояние между верхней стенкой перфорированной емкости 2 и поверхностью субстрата постепенно увеличивается, что в свою очередь замедляет скорость воздушного потока над верхней поверхностью субстрата за счет увеличения просвета вентиляционного коридора 3. Кроме того, перфорация, находящаяся над поверхностью субстрата, резко замедляет скорость движения воздуха над верхней поверхностью субстрата, до такого значения, при котором личинки на него не реагируют и при необходимости они могут мигрировать по его поверхности к непереработанным участками субстрата. На шестые сутки процесс переработки заканчивается. Для отделения личинок от субстрата прекращают обдув перфорированной емкости 2, корпус 1 переводят в вертикальное положение, фиксируют фиксатором 10 и закрывают корпус 1 крышкой 4. Под воздействием ряда факторов недостатка кислорода для дыхания, повышения температуры субстрата и высокой подвижности личинок в фазе предкуколки, личинки выходят на поверхность перфорированных стенок и ссыпаются с них в приемное устройство, выполненное в виде емкости 11. После отделения личинок перфорированную емкость 2 переворачивают вверх дном, крышки 4 и 5 открывают, после чего биоперегной высыпается в емкость 11.

В настоящее время в биоцехе Новосибирского Госагроуниверситета построена и эксплуатируется поточная линия для переработки навоза личинками синантропных мух (Авт. св. СССР N 1827761). Установка представляет собой замкнутый многоярусный цепной конвейер, движущий лотки с субстратом, причем одна сторона лотков соединена с цепью, а противоположная посредством роликов опирается на опорную балку, обеспечивающую покачивание лотков с борта на борт в процессе движения.

Установке присущи следующие недостатки. Цепной конвейер и обслуживающие его механизмы занимают до половины объема установки. При наклоне лотка жидкий субстрат стекает в сторону наклона и переливается через край лотка, причем вместе с отродившимися личинками, что приводит к снижению выхода биомассы личинок и ухудшению качества переработки субстрата.

Известно, что за период переработки субстрата личинками синантропных мух в горизонтальных лотках со сплошными стенками и днищем высота субстрата уменьшается на 25 30% Наличие перфорированного днища позволяет увеличить высоту перерабатываемого слоя субстрата еще на 25 30%
Пример. Глубина проникновения личинок в субстрат в горизонтальном лотке со сплошным днищем составляет не более 8 см. В вертикальной перфорированной емкости 16 см за счет того, что воздух проникает в субстрат с двух сторон. Однако на глубину 8 см проникает 100% воздуха необходимого для дыхания личинок, а на глубину от 8 до 12 см то есть в 4-х сантиметровую зону проникает лишь 50% воздуха от количества, необходимого для дыхания личинок. Если высоту субстрата выбрать такой, чтобы в вышеупомянутую четырехсантиметровую зону проникало по 50% кислорода от нормы, необходимой для дыхания личинок, как с одной стороны перфорированной емкости так и с другой стороны емкости, то в сумме в эту зону будет поступать 100% кислорода атмосферного воздуха. Таким образом глубина проникновения личинок в субстрат или высота перерабатываемого слоя субстрата составит 8 см + 4 см + 8 см 20 см, что подтверждено экспериментально. Горизонтальное расположение перфорированной емкости позволит увеличить высоту перерабатываемого слоя еще на 25 30% или на 6 см. Следовательно, в предлагаемом способе общая высота перерабатываемого слоя составит 26 см.

Таким образом в горизонтальной перфорированной емкости обеспечивается широкой фронт переработки субстрата и возможность свободного расхождения друг с другом отдельных групп личинок. Объем переработки сырья увеличивается на 25 30% Внесение яиц синантропных мух на перфорированную стенку емкости существенно повышает процент выживания личинок и соответственно выход биомассы личинок.

Эффективность предлагаемого способа подтверждается расчетными и опытными данными.

Так, например, при выращивании личинок в вертикальной перфорированной емкости выход биомассы личинок составил 50 кг/т, масса 1 личинки 20 мг, выживаемость 42% (см. таблицу).

В предлагаемом способе при тех же температурных и влажностных условиях, выход биомассы составил 97 кг/т, масса 1 личинки 24 мг, выживаемость 70%

Использование: изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для использования при переработке отходов животноводства биологическим способом. Сущность: способ культивирования личинок осуществляют в перфорированной проницаемой для личинок емкости при толщине слоя навоза в ней, равной глубине проникновения личинок в субстрат. В период выращивания личинок емкость располагают горизонтально и вдоль стенок емкости подают воздушный поток, а в период отделения личинок от субстрата перфорированную емкость переводят в вертикальное положение и подачу воздушного потока прекращают. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ получения личинок синантропных мух, включающий культивирование личинок на навозе в перфорированной и проницаемой для личинок емкости при толщине слоя навоза в ней, равной глубине проникновения личинок в навозе, с подачей вдоль стенок емкости воздушного потока в период развития личинок и прекращения подачи воздушного потока вдоль стенок перфорированной емкости в период отделения личинок от субстрата, проводимого при вертикальном расположении перфорированной емкости, отличающийся тем, что выращивание личинок осуществляют при горизонтальном расположении перфорированной и проницаемой для личинок емкости. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что яйца личинок синантропных мух или отродившихся из яиц личинок помещают на верхнюю поверхность перфорированной емкости.