СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В БИОГУМУС И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C05F11/00 C05F11/06 C05F3/00 C05F3/06 A01K67/33 

Изобретение относится к производству естественно-природных органо-минеральных удобрений, в частности биогумуса, из органических отходов растительного и природного происхождения путем их вермикомпостирования с использованием в качестве вермикультуры красного калифорнийского навозного червя esenia foetida, преимущественно промышленным способом в закрытом помещении с круглогодичным поддерживанием необходимых для жизнедеятельности вермикультуры, влажности и аэрации компоста.

Известны различные способы и устройства для переработки органических отходов в виде компоста из навоза, соломы, опавшей листвы, отходов бумаги и т. п. в биогумус с использованием красного калифорнийского червя в качестве вермикультуры в открытой среде.

Известен способ вермикомпостирования в открытой среде путем формирования на грунте и заселении червями ложа в виде грядок из компоста шириной 1 м и длиной 50 м, ограниченных снизу и с боковых сторон сеткой с интервалами между грядками 0,5 м [1].

Толщина слоя компоста составляет 25-30 см, количество червей в ложе 2,0 м² - около 100000 шт. Ложе защищают от прямого воздействия солнца накладываемой сверху пленкой. Предусматривается периодическое увлажнение компоста и подкормка органическим веществом. В результате вермикомпостирования черви перерабатывают в гумус 60% компоста и 40% потребляют для поддержания существования.

Недостатками известного способа являются:
ограниченный теплым временем года срок вермикомпостирования, связанный с условиями жизнедеятельности червя, оптимальная температура окружающей среды для которого составляет 20-25^oC для питания и 12-17^oC для размножения, и оптимальная влажность 70-80%, и который погибает при температуре ниже 0^oC и выше +35^oC и влажности ниже 60% и выше 90%;
ограничение цикла вермикомпостирования и вермикультивирования переработкой уложенного компоста с получением массы, содержащей гумус, разновозрастных червей и коконов, требующей дальнейшей переработки с отделением червей для формирования нового ложа;
отсутствие возможности миграции червей с целью естественного покидания ими переработанного компоста и заселения нового ложа.

Известен способ вермикомпостирования в открытой среде путем формирования на грунте и заселения червями ложа в виде грядок из компоста, при котором для миграции червей после переработки ими компоста производят наращивание грядок с боковых сторон [2].

Недостатками известного способа являются:
- ограничение срока вермикомпостирования теплым временем года;
- необходимость значительных площадей для формирования ложа;
- трудности обеспечения оптимальных условий жизнедеятельности и размножения червей в отношении температуры, влажности, аэрации и защиты от солнечного воздействия.

Известен способ вермикомпостирования органических отходов путем формирования ложа из уложенных на основание друг на друга спрессованных блоков компоста размером 300•300•500 мм в виде многоэтажной пирамидальной грядки с внутренней полостью и подачей внутрь полости через трубопровод активирующих агентов в виде теплого воздуха, кислорода, пара и т.п. [3]. Спрессованные блоки с боковых сторон снабжены слепыми каналами, через которые в компост заселяют червей и осуществляют увлажнение.

За счет уложенных друг на друга блоков, известный способ обеспечивает возможность миграции червей вверх и ограничивает потребность в площади основания. Подача внутрь грядки теплого воздуха, кислорода и т.п. позволяет продлить срок вермикомпостирования в открытой среде.

Недостатками известного способа являются:
формирование плотных грядок из спрессованного компоста сразу на всю необходимую для цикла вермикомпостирования и вермикультивирования высоту при необходимости до полового созревания червей, что ухудшает условия жизнедеятельности червей из-за ухудшения естественной аэрации, увлажнения и т.п. компоста;
незащищенность грядки снаружи от низких температур, что снижает период возможного вермикомпостирования и вермикультивирования.

Известны наиболее близкие к заявляемому техническому решению, выбранные в качестве ближайших аналогов способ [4] и установка [5] для круглогодичной переработки органических отходов в биогумус с миграцией червей вверх.

Способ состоит в формировании ложа из компоста с заселением его особями красного калифорнийского червя, обеспечении условий круглогодичный жизнедеятельности и размножения червей по параметрам температуры, влажности и аэрации компоста, наращивания слоя компоста для обеспечения миграции червей вверх по мере переработки ими компоста, удалении переработанного нижнего слоя и формировании нового ложа из нарощенного слоя с мигрировавшими в него червями.

Установка для реализации способа выполнена в виде стеллажа, подвешенного в виде качели в каркасно-рамной конструкции на колесах. Стойки стеллажа по всей высоте снабжены отверстиями для стержней, на которые на некотором расстоянии друг над другом установлены выполненные в виде поддонов-лотков полки. Лотки выполнены трапецеидальными с сетчатым съемным основанием, на передней стороне снабжены ручками и на боковых сторонах -водяными карманами. Лотки заполнены готовым компостом, а нижний лоток и через один верхние лотки заселены вермикультурой в виде красного калифорнийского червя. В лотках обеспечивается постоянная аэрация через отверстия сетчатого дна и требуемая влажность за счет накрывающей компост мешковины, концы которой опущены в водяные карманы.

После переработки компоста в нижнем лотке червей переселяют на свежую пищу естественной миграции через отверстия сетчатого дна, находящегося выше на стеллаже лотка. Это производят путем опускания верхнего лотка на поверхность нижнего. Заселение лотков червями может производится также во все лотки сразу без последующей миграции или только в нижний лоток с обеспечением последующей миграции вверх. Лотки заполняют на высоту 0,3 м, которая по мере переработки компоста червями уменьшается до 0,2 м. После переработки компоста в вермикомпост в нижних лотках, они с помощью лотков с ситами за счет возвратно-поступательного движения качели с ударом ее о демпфер просеиваются с отделением мусора и коконов, коконы отправляют на инкубатор, а сырец-вермикомпост - в неплотно закрытой таре на дозревание на 25 - 35 дней. Верхние лотки с мигрировавшими червями в качестве нового ложа опускают вниз, а на оставшееся место вставляют новые лотки с компостом.

Перемещаемую на колесах установку в теплое время года размещают в открытой среде, а на холодное время перемещают в закрытое помещение.

Известные способ с миграцией червей вверх с естественным формированием нового ложа и пригодная для перемещения в закрытое помещение установка обеспечивают возможность получения сырца-вермикомпоста путем повторяющегося процесса круглогодичного в благоприятных для жизнедеятельности червей условиях, обеспечивающих поддержание требуемых температуры, влажности и аэрации.

Недостатками известных способа и установки являются:
обеспечение возможности получения лишь сырца-вермикомпоста, требующего последующей обработки просеиванием и дозревания, а также коконов, для выращивания червей из которых их необходимо направлять в инкубатор. Кроме того, отделение червей просеиванием сильно травмирует их и они пригодны в основном лишь для переработки в белковую массу;
непригодность для производства полного цикла вермикомпостирования до получения готового к употреблению биогумуса с одновременным выращиванием червей до стадии половой зрелости;
непригодность установки для промышленного в стационарных условиях вермикомпостирования органических отходов с одновременным вермикультивированием, так как она рассчитана лишь на небольшую производительность, является передвижной и предназначена для обеспечения объемов вермикомпоста, необходимого для садоводческого участка.

Задачей изобретения является разработка способа и установки для круглогодичной промышленной переработки органических отходов с использованием красного калифорнийского червя в качестве вермикультуры с получением готового к употреблению, освобожденного от червей и коконов биогумуса с одновременным выращиванием червей до половой зрелости.

Поставленная задача решается за счет того, что при использовании известного способа переработки органических отходов в биогумус с использованием красного калифорнийского червя в качестве вермикультуры, состоящего в формировании ложа из компоста с заселением его червями, обеспечении условий жизнедятельности и размножения червей по параметрам температуры, влажности и аэрации компоста, наращивании слоя компоста для обеспечения миграции червей вверх по мере переработки ими компоста, удалении вермикомпостированного нижнего слоя, формировании нового ложа из нарощенного слоя с мигрировавшими в него червями, в соответствии с изобретением, производят постепенное наращивание необходимого для миграции червей слоя добавлением компоста непосредственно на поверхностный слой с сохранением ложа до периода половой зрелости червей, вышедших из отложенных в ложе коконов и полной миграции из первоначального слоя как старых, так и молодых червей, удаляют лишь полностью переработанной слой, а новое ложе формируют из оставшегося верхнего слоя, содержащего разновозрастных червей и поздних коконов.

Предпочтительный вариант выполнения способа предполагает формирование ложа из компоста с первоначальным слоем 100 - 300 мм с заселением червями в количестве 3000 - 15000 особей на 1 м² площади, наращивание слоя компоста каждые 7 - 10 дней на уровень 50 - 100 мм и продолжительность цикла 105-115 дней.

Постепенное наращивание ложа добавлением компоста непосредственно на поверхностный слой обеспечивает условия последовательной по мере переработки компоста и развития червей миграции, а также обусловленные открытостью наращиваемых слоев улучшенные условия аэрации, поддержания заданной температуры и влажности.

При сохранении ложа до полового созревания червей из отложенных в нем коконов обеспечивается полная переработки находящегося в нем компоста до уровня готового к употреблению биогумуса при полной миграции разновозрастных, включая вышедших из коконов червей с доведением их до стадии полового созревания, что обеспечивает как законченный цикл вермикомпостирования, так и законченный цикл вермикультивирования.

Формирование нового ложа из оставшегося слоя, содержащего разновозрастных червей, а также новые коконы, позволяет начинать новый цикл не заново, а в виде продолжения прерванного цикла вермикультивирования.

В целом отличительные признаки обеспечивают возможность выполнения непрерывного процесса промышленной переработки органических отходов в виде компоста в биогумус и воспроизведение червей.

Направленный на решение поставленной задачи способ реализуется с помощью установки для переработки органических отходов в биогумус с использованием красного калифорнийского червя в качестве вермикультуры, которая при использовании признаков известной установки, включающей в себя многоярусный стеллаж, ярусы которого снабжены поддонами, служащими основаниями для ложей с заселенными червями компостом, вертикальные стойки которого снабжены направляющими для установки дополнительных поддонов, служащих основанием для формирования новых ложей, заселенных мигрирующими вверх червями, в соответствии с изобретением, ярусы выполнены в виде грядок, образованных рядами поддонов, стыки которых находятся на линиях вертикальных стоек, ярусы расположены друг над другом на высоте, обеспечивающей возможность наращивания слоев компоста до полной миграции червей из первоначального ложа и созревания их до полной зрелости, направляющие на вертикальных стойках для дополнительных поддонов выполнены на уровне первоначальных ложей, а устанавливаемые на них поддоны выполнены в острой торцевой кромкой, позволяющей отсекание первоначального слоя от нарощенного.

Предпочтительный вариант установки предполагает ее выполнение в виде нескольких расположенных параллельно с проходами между ними стеллажей, стационарно установленных в помещении типа теплицы, которая снабжена средствами обогрева, увлажнения, аэрации и освещения.

Выполненные в виде грядок ярусы могут быть составлены из поддонов размером 500 • 1000 мм, иметь длину, определяемую длиной помещения, расстояние между ярусами 950 - 1000 мм и число ярусов, определяемое высотой помещения.

Установка, выполненная в виде многоярусного стеллажа с ярусами в виде грядок, составленных из поддонов, служащих основаниями для формирования ложей, обеспечивает получение стационарной, устанавливаемой в закрытом помещении типа теплицы, работающей круглосуточно с повторяющимся циклом промышленной установки, позволяющей максимальное использование объемов помещения как на плоскости, так и по высоте с рациональным использованием тепла и электроэнергии.

Расположение ярусов над другом на высоте, обеспечивающей наращивание слоев компоста до полной зрелости червей, создает возможность получения готового к употреблению биогумуса при одновременном естественном цикличном воспроизведении червей.

На фиг. 1 изображена установка для переработки органических отходов в биогумус с одним стеллажом, вид сбоку; на фиг. 2 - установка для переработки органических отходов в биогумус с несколькими параллельными стеллажами, вид с торца.

Установка на фиг. 1, 2 для переработки органических отходов в биогумус в виде размещенных в теплице 1 стеллажей 2 с ярусами 3, установленными на вертикальных стойках 4. Ярусы выполнены в виде грядок 5, образованных рядами поддонов 6, которые служат основаниями для формирования ложей 7 с заселенным червями компостом, стыки которых находятся на линии вертикальных стоек 4 и установлены на направляющих 8 на этих стойках. Стойки между ярусами снабжены также направляющими 9 для установки дополнительных поддонов, служащих для отсекания первоначальных ложей и используемых в качестве оснований для новых, заселенных мигрировавшими вверх червями ложей. Целесообразный размер поддонов может составлять 500 • 1000 мм. При этом один торцевой край поддонов выполнен заостренным.

В зависимости от размера помещения, установка может состоять из нескольких установленных параллельно стеллажей (фиг. 2). Количество ярусов в стеллажах и их длина также определяются длиной и высотой помещения, например 3 яруса при длине 50 м. Расстояние между ярусами целесообразно устанавливать в 1000 мм и расстояние между стеллажами в 800 мм.

Стеллажи снабжены расположенными под нижним ложем теплопроводами 10 и расположенными под основаниями ярусов трубами 11 для увлажнения, а также лампами 12 для освещения проходов. Установка снабжена также датчиками температуры и влажности (на фиг. не показаны).

Для производства биогумуса поддоны ярусов наполняют компостом, в частности, в виде находящейся на стадии гниения смеси навоза от крупного рогатого скота, соломы, опавших листьев и т.п. растительных и животных отходов, на уровень 100 - 300 мм. Путем помещения на поверхность компоста особей красного калифорнийского червя, которые, в случае пригодности компоста по химическим и биологическим показателям, быстро зарываются в компост, производят заселение компоста червями в количестве 3000 - 15000 особей на 1 м ² площади. Затем каждые 7 - 10 дней производят наращивание слоя компоста на 50 - 100 мм. Цикл переработки компоста в биогумус продолжает 105 - 115 дней, что является периодом естественного полового созревания червей, вышедших из отложенных в первоначальном слое коконов при средних условиях их жизнедеятельности.

По мере переработки червями компоста в первоначальном слое (60% которого преобразуется в биогумус и 40% ассимилируется организмом червей) черви мигрируют вверх во вновь наращиваемые слои. К моменту наращивания компоста до 900 - 950 мм черви из отложенных в первичном слое коконов переместятся в верхний слой и достигнут половой зрелости. Первоначальный слой к этому времени будет полностью свободен от червей и коконов и состоять из прошедшего через организм червей биогумуса, готового к употреблению.

С помощью дополнительных поддонов, устанавливаемых в направляющие на стойках в межъярусном пространстве, производят отсекание первоначального слоя и его удаление, а нарощенный слой вместе с заселяющими его коконами и разновозрастными червями в виде нового ложа опускают вниз.

При наличии лишнего для заданной площади основания количества червей, их удаляют с поверхностного слоя нового ложа и передают для формирования новых ложей или на переработку в белковую массу. После этого начинают новый цикл, являющийся продолжением уже идущего в новом ложе процесса.

Заявляемые способ и установка для его реализации обеспечивают круглогодичную промышленную переработку органических отходов с получением готового и употреблению биогумуса при одновременном вермикультивировании, в частности, выращивании червей до половой зрелости.

Заявляемые технические решения полностью выполняют поставленную задачу.

Заявляемые способ и установка с характеризующими их отличительными признаками на настоящее время не известны в Российской Федерации и за границей и отвечают требованиям критерия "новизна".

Заявляемые технические решение являются оригинальными, не вытекают очевидным образом из существующего уровня техники и отвечают требованиям критерия "изобретательский уровень".

Заявляемый способ может быть реализован с помощью также заявляемой установки для промышленного производства биогумуса; заявляемые способ и установка отвечают требованиям критерия "промышленная применимость".

Источники информации:
1. Н.М. Городний и др. Биоконверсия органических отходов в биодинамическом хозяйстве. Киев, "Урожай", 1990, с. 101-133.

2. Патент США N 4513685, кл. A 01 K 67/00, НКИ: 119-1, 1985.

3. Патент России N 2049082, кл. C 05 F 7/00, A 01 K 67/033, 27.11.95, БИ N 33.

4. П.З. Каши. Микрофабрика для получения биогумуса и дождевых червей. С. -Петербург, 1994, с. 3 - 26.

5. Патент России N 2033049, кл. A 01 K 67/00, C 05 F 3/06, 17.04.95.

Использование: в области производства удобрений, в частности, биогумуса, из органических отходов. Сущность изобретения: способ переработки органических отходов в биогумус состоит в приготовлении компоста из органических отходов, формировании ложа из компоста с заселением его червями, при этом производят постепенное наращивание необходимого для миграции червей слоя добавлением компоста непосредственно на поверхностный слоя с сохранением ложа до периода полевого созревания червей, вышедших из отложенных в ложе коконов и полной миграции из первоначального слоя как старых, так и молодых червей, удаляют лишь полностью переработанный нижний слой. Установка для переработки органических отходов в биогумус включает в себя многоярусный стеллаж с вертикальными стойками, ярусы которого снабжены поддонами, служающими основаниями для ложей с заселенным червями компостом, а вертикальные стойки снабжены направляющими для установки дополнительных поддонов для формирования новых ложей, заселяемых мигрирующими вверх червями. Ярусы выполнены в виде грядок, образованных рядами поддонов, стыки которых находятся на линиях вертикальных стоек и расположены друг над другом на высоте, обеспечивающей возможность наращивания слоев компоста. Направляющие на вертикальных стойках для дополнительных поддонов расположены на уровне первоначальных ложей, а установленные на них поддоны выполнены с острой торцевой кромкой, позволяющей отсекание первоначального слоя от нарощенного. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ переработки органических отходов в биогумус с использованием красного калифорнийского червя в качестве вермикультуры, включающий приготовление компоста из органических отходов, формирование ложа из компоста с заселением его червями, обеспечение условий жизнедеятельности и размножения червей по параметрам температуры, влажности и аэрации компоста, наращивание слоя компоста для обеспечения миграции червей вверх по мере переработки ими компоста, удаление переработанного нижнего слоя и формирование ложа из нарощенного слоя с мигрировавшими в него червями, отличающийся тем, что наращивание слоя компоста для миграции червей вверх производят постепенно добавлением компоста непосредственно на поверхностный слой с сохранением ложа до периода полового созревания червей, вышедших из отложенных в ложе коконов, и полной миграции из первоначального слоя как старых, так и молодых червей, удаляют лишь полностью переработанный нижний слой, а новое ложе формируют из оставшегося верхнего слоя, содержащего разновозрастных червей и поздние коконы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ложе формируют из компоста с первоначальным слоем 100 - 300 мм с заселением червями в количестве 3000 - 15000 особей на 1 м² площади, наращивают слой компоста каждые 7 - 10 дней на уровень 50 - 100 мм, и цикл переработки продолжают 105 - 115 дней. 3. Установка для переработки органических отходов в биогумус с использованием красного калифорнийского червя в качестве вермикультуры, включающая в себя многоярусный стеллаж, ярусы которого снабжены поддонами, служащими основаниями для ложей с заселенным червями компостом, вертикальные стойки которого снабжены направляющими для установки дополнительных поддонов, служащих основанием для формирования новых ложей, заселяемых мигрирующими вверх червями, отличающаяся тем, что ярусы выполнены в виде грядок, образованных рядами поддонов, стыки которых находятся на линиях вертикальных стоек, ярусы расположены друг над другом на высоте, обеспечивающей возможность наращивания слоев компоста до полной миграции червей из первоначального ложа и созревания их до половой зрелости, направляющие на вертикальных стойках для дополнительных поддонов выполнены на уровне первоначальных ложей, а устанавливаемые на них поддоны выполнены с острой торцевой кромкой, позволяющей отсекание первоначального слоя от нарощенного. 4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что она выполнена в виде нескольких расположенных параллельно с проходами стеллажей, стационарно установленных в помещении типа теплицы, и снабжена средствами обогрева, увлажнения, аэрации и освещения. 5. Установка по п.3 или 3 и 4, отличающаяся тем, что выполненные в виде грядок ярусы составлены из поддонов размером 500 х 1000 мм, имеют длину, определяемую длиной помещения, расстояние между ярусами составляет 950 - 100 мм, а число ярусов определяется высотой помещения.