СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ И УДОБРЕНИЯ ИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ Российский патент 1999 года по МПК C05F9/00 A23K1/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственной отрасли, в которой используются способы биоконверсии органических отходов для получения кормовых добавок к рациону крупного рогатого скота, свиней и птицы.

Разработки по изучению переработки органического сырья сводятся к поиску экономически выгодных и экологически приемлемых технологий получения продуктов с заранее заданными свойствами. Решение проблемы рационального использования многотоннажных отходов сельского хозяйства ведет к сбережению природных ресурсов, расширению кормовой базы животноводства, значительному уменьшению загрязнения окружающей среды.

Известен способ приготовления органического удобрения и корма из птичьего помета, включающий его термическую обработку. Для этого проводят вакуум-отсос паров и газов из исходного продукта при температуре 130-150^oC и остаточном давлении 150-250 мм.рт.ст. в присутствии фосфорной кислоты из расчета pH среды в конечном продукте от 6,2 до 6,5, после чего пары и газы пропускают через слой частиц едкого калия (А.с. СССР N 478829, МКИ C 05 F3/00, 1975).

Недостатком этого метода является применение для его осуществления фосфорной кислоты, благодаря чему, существенно усложняется технология и возникает загрязнение окружающей среды. Кроме того, проведение процесса переработки птичьего помета при температуре, превышающей 70-80^oC, ведет к гибели всех видов микроорганизмов, содержащихся в нем, что является неэффективным, так как они могут успешно применяться в биоферментационном процессе.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения удобрения из органических отходов, включающий смешивание их с влагопоглощающим материалом, облучение влажной смеси, загрузку облученного сырья в реактор, продувку его кислородосодержащим газом в направлении снизу вверх с последующей выдержкой отработанного сырья в реакторе и выгрузку готового продукта, причем облучение влажной смеси осуществляют СВЧ-лучами, загрузку облученного сырья в реактор ведут при температуре 70-80^oC, продувку сырья осуществляют дополнительно в поперечном направлении при постоянном удалении отработанного газа, а выдержку сырья ведут в течении 60-70 часов при 70-80^oC и после выгрузки готового продукта досушивают до влажности 20-25% (Патент РФ N 2071458 МКИ⁶ С 05 F 9/00, 3/00, 1997 Г.).

Недостатком этого метода является то, что его практическая реализация требует использования СВЧ-лучей. Это приводит, во-первых, к усложнению аппаратурного оформления технологической установки, а значит к удорожанию конечного продукта; во-вторых, СВЧ-лучи вызывают не только рост термофильных бактерий, но и гибель мезофилов. Проведение процесса при 70-80^oC также делает невозможным влияние мезофильных бактерий на конечный результат, что ухудшает питательную ценность получаемых удобрений и кормовых добавок.

Задачей, решаемой при создании предлагаемого изобретения, является переработка органических отходов путем их биоконверсии в высокоценную кормовую добавку и удобрение, за счет обогащения исходной смеси биологически активными веществами.

Технический результат изобретения - улучшение характеристик кормовой добавки, используемой в рационе крупного рогатого скота, свиней, птиц, и удобрения, применяемого в сельскохозяйственном производстве, выражающееся в стабильности их химического состава.

Технический результат достигается тем, что в способе получения кормовой добавки и удобрения из органических отходов, включающем приготовление исходной смеси из органических отходов и торфа, загрузку смеси в реактор, продувку ее кислородосодержащим газом в продольном и поперечном направлениях на первой и второй стадиях биоконверсионного процесса при повышенной температуре, выгрузку смеси из реактора, при этом в исходную смесь дополнительно вводят биологически активные вещества. Органические отходы дополнительно включают в свой состав подстилочный материал (солома, опилки и т.д. - до 30%). Компоненты измельчают (с гранулометрическим составом от 0,1 до 10 мм) и гомогенизируют. В качестве биологически активных веществ используют соли аскорбиновой кислоты (Ca, Zn, K, Fe) и мегатерин - биошрот культуры Bacillus megaterium - содержащей значительное количество протеина. Процесс биоконверсии осуществляют в четыре стадии.

На первой стадии проводят нагревание смеси до температуры 35 - 40^oC с периодической продувкой (аэрацией), которую осуществляют в течение 15 - 30 минут через каждые 2 часа, при продолжительности процесса в течение 24 - 72 часов. При этом наблюдается развитие всех форм микроорганизмов, первоначально присутствовавших в смеси и осуществляющих ее активное разложение.

На второй стадии проводят выдерживание смеси в течение 6 - 48 часов при 47-53^oC для активации факультативных термофилов.

На третьей стадии проводят нагревание исходной смеси по 55 - 80^oC с периодической продувкой (аэрацией) (аэрацию осуществляют в течение 15 - 30 минут через каждый 2 часа). Продолжительность процесса 6 - 48 часов. На этой стадии фермент целлюлоза достигает максимальной активности, что приводит к деградации целлюлозосодержащих компонентов смеси. Тепловая энергия, выделяющаяся в процессе биоконверсии целлюлазы, необходима для пастеризации компонентов смеси и уничтожения патогенной микрофлоры.

На четвертой стадии биоконверсионного процесса проводят постепенное охлаждение смеси до температуры 15 - 28^oC и выдержку при этих температурах 24 - 72 часа. В этот период наблюдается стабилизация продукта биоферментации по свойствам.

Контроль за протеканием биоконверсионного процесса осуществляют с периодичностью в 3 часа и использованием специального пробоотборника с привлечением методов микробиологического и химического анализа.

Процесс биоконверсии основан на создании условий, благоприятных для развития определенных видов микроорганизмов, которые первоначально содержатся в исходной смеси. В процессе развития микрофлора продуцирует определенные продукты метаболизмы (ферменты, аминокислоты, витамины, углеводы и др. ), содержание которых в многокомпонентной смеси позволяет активизировать определенный биохимический процесс. Особенностью микробиологических процессов являются узкие температурные пределы развития микробной популяции, что и обуславливает температурные режимы каждой стадии. Отклонение температуры более чем на 1 - 3^oC от приведенных граничных значений для каждой стадии приводят к серьезным нарушениям процесса биоконверсии, а значит к изменению химического состава готового продукта.

Аэробные условия развития, достигаемые при помощи барботажа воздухом через объем смеси, способствуют развитию аэробной группы микроорганизмов. Анаэробные условия проведения процесса приводят к увеличению микроорганизмов, использующих минеральный азот, мобилизующих глюкозу, энтеробактерий и всех видов анаэробных бактерий. Использование при приготовлении исходной смеси торфа преследует две цели: во-первых торф является влагопоглощающим материалом (это важно поскольку средняя влажность экскрементов колеблется от 65 до 88%), а во-вторых торф сам выступает в качестве сырья в процессе биоконверсии.

Получение кормовой добавки и удобрения из органических отходов путем приготовления исходной смеси, включающей ее обогощение солями аскорбиновой кислоты (Ca, Zn, K, Fe) и мегатерином, с последующей биоконверсией, осуществляемой в четыре стадии, первая и четвертая из которых протекают в течение 24-72 часов, а вторая и третья - 6-48 часов, причем первая стадия носит аэробный характер и проводится при температуре 35-40^oC с периодической аэрацией, вторая стадия носит анаэробный характер и проводится при температуре 47-53^oC, третья стадия носит аэробный характер и предусматривает постепенное нагревание смеси до температуры 55-80^oC с периодической аэрацией, четвертая стадия носит анаэробный характер и предусматривает постепенное охлаждение до температуры 15-28^oC, является новым, по сравнению с прототипом.

Проведение процесса биоконверсии в четыре стадии, две из которых носят аэробный, а две анаэробный характер позволяет наилучшим образом использовать все колонии бактерий содержащихся в навозе, птичьем помете и торфе для получения готового продукта со стабильным и достаточно богатым по минеральным веществам, витаминам, белкам и аминокислотам составом. Предварительное обогощение субстрата солями аскорбиновой кислоты (Ca, Zn, K, Fe) и мегатерином (биошрот культуры Bacillus megaterium) позволяет еще больше повысить питательность готового продукта, как при его использовании в качестве удобрения, так и в качестве кормовой добавки.

Краткое описание чертежей
Для пояснения способа получения кормовой добавки и удобрения из органических отходов приведены чертежи, где на фиг. 1 изображен биореактор (общий вид), а на фиг. 2 пробоотборник, с помощью которого осуществляют отбор образцов для контроля за протеканием процесса биоконверсии.

Лучший вариант осуществления изобретения/
Биореактор для осуществления способа получения кормовой добавки и удобрения из органических отходов состоит из корпуса 1, внутри которого размещена барботажная сетка 2, закрытого сверху крышкой 3. Через эту крышку 3 проходит приспособление 4 для вытягивания барботажной решетки 4. Биореактор устанавливают на подставку 5 в термостат, а контроль за температурой осуществляют по термометру 6. Для продувки смеси кислородсодержащим газом установлены барботажные трубки 7 - продольная аэрация, 8 - поперечная аэрация.

Для проведения процесса получения кормовой добавки и удобрения из органических отходов готовят смесь (исходный субстрат) из навоза и торфа, взятых в пропорции 40% к 60%. Для реактора с полезным объемом 1,75 дм³ необходимо 1540 г смеси (616 г навоза, 924 г торфа), компоненты тщательно перемешивают и пропускают через шнековую мельницу. Полученное сырье снова перемешивают и измельчают до получения практически монодисперсной системы. Далее полученную смесь обогощают солями аскорбиновой кислоты (Ca, Zn, K, Fe) и мегатерином (биомассой культуры Bacillus megaterium), снова перемешивают и загружают в корпус биореактора 1 на барботажную сетку 2 и закрывают крышкой 3. Биореактор устанавливают на подставку 5 в термостат и термостатируют до температуры 35-40^oC (контроль осуществляется по термометру 6), продувают воздухом через барботажные трубки 7, 8. После этого начинается четырехстадийный биоконверсионный процесс.

На первой аэробной стадии проводят нагревание смеси до температур 35-40^oC с периодической подувкой, которую осуществляется в течение 15-30 минут через каждые 2 часа при продолжительности 24-72 часов. На второй стадии проводят нагревание смеси до 47-53^oC при продолжительности 6-48 часов. На третьей стадии процесса продолжают нагревание смеси до температуры 55 -80^oC и выдерживание при этих температурах 6-48 часов с периодической аэрацией (15-30 минут через каждые 2 часа). На четвертой стадии проводят постепенное охлаждение и выдерживание субстрата в течении 6-48 часов при 47-53^oC. Контроль за протеканием биоконверсионного процесса осуществлялся с периодичностью в 3 часа, путем химического и микробиологического анализ образцов смеси, извлекаемых с помощью пробоотборника.

Результаты процесса получения кормовой добавки и удобрения из органических отходов представлены в таблице 1.

Предлагаемый способ можно широко применять для переработки органических отходов, образующихся на больших животноводческих комплексах и птицефермах, в кормовые добавки и удобрения с заданным и стабильным химическим составом.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке органических отходов для получения удобрений и кормовых добавок к рациону крупного рогатого скота, свиней и птицы. Способ получения удобрения и кормовой добавки включает приготовление исходной смеси из органических отходов и торфа, загрузку смеси в реактор и проведение четырехстадийного биоконверсионного процесса с продувкой смеси кислородсодержащим газом в продольном и поперечном направлениях на первой и третьей стадиях. Первая и четвертая стадии процесса протекают в течение 24 - 72 ч, а вторая и третья - в течение 6 - 48 ч. Первая стадия носит аэробный характер и проводится при температуре 35 - 40^oС с периодической аэрацией, вторая стадия носит анаэробный характер и проводится при температуре 47 - 53^oС. Третья стадия носит аэробный характер и предусматривает постепенное охлаждение субстрата до температуры 55-80^oC, a четвертая стадия носит анаэробный характер и проводится при температуре 15 - 28^oC. Подвергаемый биоконверсии субстрат готовят из навоза или помета и торфа и обогащают солями аскорбиновой кислоты и мегатерином. Предлагаемый способ позволяет улучшить характеристики кормовой добавки и удобрения. 1 з.п.ф.-лы,2 ил. 1 табл.

1. Способ получения кормовой добавки и удобрения из органических отходов, включающий приготовление исходной смеси, состоящей из органических отходов и торфа, загрузку смеси в реактор, продувку ее кислородсодержащим газом в продольном и поперечном направлениях на первой и третьей стадиях биоконверсионного процесса, проводимого при повышенной температуре, выгрузку смеси из реактора, отличающийся тем, что в исходную смесь вводят биологически активные вещества, биоконверсионный процесс ведут в четыре стадии, первая и четвертая из которых протекают в течение 24 - 72 ч, а вторая и третья - в течение 6 - 48 ч, при этом температурный интервал проведения первой стадии равен 35 - 40^oC, а второй стадии - 47 - 53^oC, третью стадию проводят при температуре 55 - 80^oC, четвертую - при температуре 15 - 28^oC, причем продувку кислородсодержащим газом осуществляют периодически. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве биологически активных веществ используют соли аскорбиновой кислоты (Ca и Zn) и мегатерин - биошрот культуры Bacillus megaterium.