Изобретение относится к области переработки и утилизации органических и органо-минеральных веществ и, прежде всего, отходов путем их компостирования и может использоваться в сельском и огородно-дачных хозяйствах для компостирования растительных отходов и навоза; в лесной и деревообрабатывающей отраслях народного хозяйства для компостирования древесных отходов, в том числе лигнина; в коммунальном хозяйстве городов и населенных пунктов для компостирования бытовых, в том числе пищевых, отходов; а также для компостирования осадков сточных вод и флотошламов.
Известен способ компостирования органических отходов, включающий внесение в массу компостируемого органического вещества - торфа (Воспроизводство гумуса и хозяйственно-биологический круговорот органического вещества в земледелии. Рекомендации. М.: ВО "Агропромиздат". 1989, с.42-44).
Известный способ предполагает применение большого количества торфа, вплоть до 50% от массы компостируемого материала, что cвязано с большими затратами на его добычу, доставку, хранение, дозировку и внесение. При этом внесение больших доз торфа приводит к подкислению компостируемой массы и замедлению процессов разложения органического вещества. Это в свою очередь требует внесения извести, что еще больше усложняет и удорожает компостирование органической массы. Помимо вносимых вместе с торфом полезных для процесса компостирования гуминовых веществ и микроорганизмов, вносятся остатки трудноразлагаемых растений, а также семена сорняков, возбудители болезней растений, личинки вредных насекомых и т.д.
Известен также способ компостирования органических и органоминеральных веществ и отходов, включающий внесение в компостируемую массу щелочного реагента в виде аммиачной воды (Крупнов Р.А., Базин Е.Т, Попов М.В. Использование торфа и торфяных месторождений в народном хозяйстве. М.: Недра, 1992, с. 51-53.69-72).
Недостатки известного способа заключаются в том, что часть аммиака уходит в атмосферу и безвозвратно теряется, а процессы щелочного гидролиза органического вещества протекают медленно, что предопределяет низкую эффективность и значительную длительность процесса компостирования.
Физическое и физико-химическое поглощение аммиака компостируемой массой приводит к тому, что он в течение длительного времени является недоступным для микроорганизмов и последующий рост микробной активности за счет усвоения азота приводит к преимущественной минерализации, а не гумификации органического вещества компостируемой массы. При минерализации происходят еще большие потери азота и других питательных веществ.
Кроме этого, известный способ имеет ограниченное применение только для компостирования торфсодержащих органических и органоминеральных веществ и отходов, а получаемый компост применим в малых количествах в качестве удобрения.
В основу настоящего изобретения положена задача разработать способ компостирования органических и органоминеральных веществ и отходов, обеспечивающий повышение питательной ценности и увеличение мелиорирующих свойств компоста за счет ускорения процессов физико-химической и микробиологической деструкции вещества компостируемой массы и преимущественной гумификации продуктов распада органического вещества.
Поставленная задача решается тем, что в способе компостирования органических и органоминеральных веществ и отходов, включающем внесение в компостируемую массу щелочного реагента, согласно изобретению, в качестве щелочного реагента используют щелочной экстракт одного из каустобиолитов угольного ряда в виде водного раствора гумата одного из веществ, выбранных из группы, состоящей из натрия, калия, аммония.
Поставленная задача решается также тем, что при использовании гумата натрия или гумата калия в раствор гумата добавляют по меньшей мере одно слабокислое или нейтральное азотсодержащее и/или фосфорсодержащее вещество, а при использовании гумата аммония - по меньшей мере одно фосфорсодержащее вещество.
Целесообразно в компостируемую массу вносить раствор гумата с содержанием сухого вещества 0,005-0,1%, при этом однократный расход раствора может составлять 10-50 л на один кубический метр компостируемой массы.
Компостируемую массу перемешивают с интервалом 1-3 недели и при каждом перемешивании в нее вводят раствор гумата.
В качестве азотсодержащих веществ используют сульфат аммония или карбамид, которые берут в количестве 3-10% от массы сухого вещества гумата.
В качестве фосфорсодержащих веществ используют слабокислые или нейтральные соли фосфорной кислоты, например аммофос или диаммонийфосфат, или суперфосфат, которые берут в количестве до 5% от массы сухого вещества гумата.
Состав щелочного экстракта представляет собой гумат натрия, гумат калия или гумат аммония, то есть соли одновалентных катионов гуминовых кислот. При этом в гумат натрия или гумат калия добавляют слабокислые или нейтральные азотосодержащие вещества, например сульфат аммония, карбамид (мочевину) и слабокислые или нейтральные фосфорсодержащие вещества, например диаммонийфосфат, суперфосфат, а в гумат аммония добавляют вышеуказанные фосфорсодержащие вещества, то есть соли фосфорной кислоты.
Гумат натрия, гумат калия и гумат аммония являются щелочными соединениями и содержат в своем составе минеральную часть в виде соответственного одновалентного катиона натрия, калия или аммония и органическую часть в виде анионов гуминовых кислот. Значения рН гуматов изменяются в пределах от 7 до 14. Более высокому значению рН соответствует более высокое содержание соответственно свободной натриевой или калиевой щелочи либо аммиачной воды.
Щелочное воздействие гуматов на органическое вещество приводит к его первичному гидроксилированию и частичному гидролизу с образованием более доступных для микрофлоры органических веществ и соединений.
Гумат натрия, гумат калия и гумат аммония являются эффективными биостимуляторами роста и развития нативных (природных, почвенных) микроорганизмов, простейших организмов и почвенных животных, например дождевых червей, а также простейших и высших растений. Стимуляция роста и развития микро- и макрофлоры и фауны в компостируемой массе приводит к резкому увеличению скорости деструкции органического вещества и сокращению сроков приготовления компонентов из различных органических и органоминеральных веществ и отходов.
Добавка в гумат натрия или калия слабокислых или нейтральных азотсодержащих веществ, например сульфата аммония или мочевины, в которых азот находится в легкодоступной для микрофлоры и микрофауны форме, еще в большей степени увеличивает интенсивность протекания процесса компостирования за счет бурного роста микробных сообществ.
Добавка в гумат натрия или калия слабокислых или нейтральных фосфорсодержащих веществ, например диаммонийфосфата или суперфосфата, которые при избытке натриевой или калиевой щелочи легко диспергируют и образуют частично истинный и в большей степени коллоидный раствор, также вызывает рост активности микрофлоры при компостировании органических и органоминеральных веществ и отходов.
В гумат аммония достаточно добавить слабокислые или нейтральные фосфорсодержащие вещества, например суперфосфат. Эффективность компостирования с такой добавкой значительно возрастает за счет увеличения активности микрофлоры.
Во всех случаях добавка слабокислых или нейтральных азотсодержащих и фосфорсодержащих веществ в концентрациях от 3 до 10% от массы соответствующих гуматов не должна вызывать значительного изменения рН растворов гуматов, их сильного загустевания или коагуляции гуминовых кислот. Возможна добавка щелочных компонентов, например пирофосфата натрия.
Являясь сложными солями одновалентных катионов, гуматы эффективно связывают ионы тяжелых металлов, защищая тем самым микроорганизмы от токсического воздействия ксенобиотиков. При этом гуматы блокируют вредное воздействие на микрофлору таких токсичных компонентов, как углеводороды нефти и нефтепродуктов, синтетических поверхностно-активных веществ, полиароматических и полихлорированных соединений и остаточных количеств пестицидов, солей и других естественных и синтетических экотоксикантов.
Комплексное воздействие гуматов на органическое вещество компостируемой массы, на микрофлору и токсиканты обеспечивает эффективное преобразование органического вещества за счет одновременного протекания двух разнонаправленных процессов: первого - процесса минерализации, приводящего к распаду органического вещества до простых минеральных соединений, вплоть до углекислого газа, окислов азота и воды, и второго - процесса гумификации, приводящего к прекращению распада органического вещества на стадии образования отдельных фрагментов и к синтезу из простых минеральных соединений сложных молекул, преимущественно гуминовых кислот.
При этом процесс гумификации органического вещества превалирует над процессом его минерализации, в результате чего образуется компост, обладающий не только хорошими удобрительными свойствами, но и с хорошим мелиорирующим действием. То есть такой компост позволяет восстанавливать свойства и увеличивать плодородие нарушенных, деградированных и загрязненных почв и фунтов.
Способ компостирования органических и органоминеральных веществ и отходов осуществляют следующим образом.
В подлежащую компостированию исходную массу органических и/или органоминеральных веществ и/или отходов вносят при перемешивании щелочной раствор гумата натрия или калия с содержанием сухого вещества 0,005-0,1% и с предварительно введенным азотсодержащим веществом, например сульфатом аммония или карбамидом (мочевины), в количестве 3-10% от массы сухого вещества гумата и фосфорсодержащим веществом, например суперфосфатом, в количестве до 5%. При введении гумата аммония в него предварительно вносят фосфорсодержащее вещество, например суперфосфат, до 5%. На 1 м3 компостируемой массы однократно вносят 10-50 л раствора гумата.
По мере выдерживания компостируемую массу периодически перемешивают (аэрируют) с интервалом 1-3 недели, добавляя при каждом перемешивании щелочной раствор гумата натрия или калия с предварительно растворенным в нем сульфатом аммония или мочевины и тонко диспергированным суперфосфатом, или щелочной раствор гумата аммония с предварительно тонко диспергированным в нем суперфосфатом.
Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приводятся примеры его осуществления, которые ни в какой мере не ограничивают заявляемого изобретения, так как состав, свойства и состояние органических и органоминеральных веществ и отходов изменяются в весьма широких пределах и в соответствии с ними меняются концентрации растворов гуматов, дозы их внесения и необходимая длительность компостирования, однако достигаемый результат во всех случаях остается положительным.
Пример 1.
Изучалось влияние растворов гумата натрия, гумата калия и гумата аммония, полученных щелочной экстракцией соответственно растворами гидроокиси натрия, гидроокиси калия и аммиачной воды из каустобиолитов угольного ряда, а именно торфа (г. Шатура), бурого и бурого окисленного угля (Канско-Ачинский угольный бассейн) на компостирование растительных отходов. Содержание гуматов в исходных растворах во всех случаях составляло 5%, значения рН изменялись в пределах 10,5-11,5.
Исходную растительную массу (листья, стебли, траву и т.д.) помещали в компостные кучи размером 1,5•1,5•1 м, при этом вниз укладывали ветки деревьев, кустарников, стебли, а сверху укладывали сухую и зеленую растительность (листья, траву) и присыпали землей (почвой). Каждую компостную кучу поливали соответственно раствором гумата натрия из торфа, бурого и окисленного угля с концентрацией 0,005%, 0,01% и 0,1%.
Контрольную компостную кучу поливали водой.
При первом поливе компостных куч расход соответствующего раствора гумата составлял 30-50 л на каждую компостную кучу.
Периодически, с интервалом в 2 недели, верхнюю часть компостных куч (расположенную выше уложенных вблизи веток и стеблей) перемешивали и после укладки поливали соответствующим раствором соответствующего гумата. Расход раствора гумата составлял в этом случае 10-20 л на одну кучу.
Длительность компостирования составляла 90 дней. По истечении этого времени определялась эффективность и качество компостирования по следующим показателям:
- объем компостной кучи;
- состояние компостируемого материала;
- цвет и запах материала после компостирования.
При этом высокой эффективности и высокому качеству компоста соответствовали следующие характеристики:
1) меньший (по сравнению с первоначальным и контролем) объем компостной кучи;
2) отсутствие визуально различных неразложившихся растительных остатков; наличие раздельно-зернистого, близкого к сыпучему состояния компостной массы при малой влажности или монолитно-плотное ее состояние при высокой влажности;
3) однородный черный или черно-коричневый цвет компоста с характерным "землистым" запахом.
Были получены примерно одинаковые результаты при исследовании гуматов из торфа, бурого и окисленного угля, однако при использовании гуматов из бурого и окисленного угля, объем компостных куч был на 10-15% меньше, чем при использовании гумата из торфа.
Существенной разницы между применением гумата натрия, гумата калия или гумата аммония из бурого и окисленного угля установить не удалось при концентрациях 0,005% и 0,01%. При концентрации гумата в растворе 0,1% лучший результат был получен при использовании гумата аммония. Затем следовали гумат калия и гумат натрия. Однако гумат аммония имел резкий неприятный запах аммиака.
Пример 2.
Учитывая положительное влияние азота в составе гумата аммония на компостирование органической массы, в растворы гумата натрия (5%) и гумата калия (5%) вносились азотсодержащие вещества, а именно сульфат аммония или карбамид (мочевина) в количестве от 1 до 10% от массы гумата натрия или гумата калия (по сухому веществу).
Установлено, что при содержании сульфата аммония в пределах 3-5% гуматы натрия и калия не изменяют своего состояния и свойств. При содержании сульфата аммония свыше 5% усиливается запах аммиака, а при содержании свыше 8-10% гуматы загустевают, вплоть до желеобразного состояния.
Подобных недостатков с растворением карбамида в растворах гумата калия или натрия не наблюдалось. Однако при внесении в растворы гуматов более 5-8% карбамида наблюдалось ухудшение его растворимости.
Установлено также, что при обработке подлежащего компостированию органического материала (растительные отходы) гуматом натрия с 5%-ной добавкой сульфата аммония происходит хорошее смачивание материала с образованием на его поверхности хорошо различимых пленок. Худшее смачивание наблюдалось в случае обработки такого же материала гуматом калия с такой же добавкой сульфата аммония.
Плохое смачивание наблюдается при обработке органического материала растворами гумата натрия или калия с добавками карбамида.
При тщательной обработке исходного органического материала растворами гуматов натрия или калия с добавками сульфата аммония или карбамида с последующим перемешиванием результаты компостирования близки, однако результаты с добавкой сульфата аммония были достоверно лучше.
Учитывая более низкую стоимость раствора гумата натрия с добавкой сульфата аммония и более лучшие результаты по сравнению со стоимостью раствора гумата калия с добавкой сульфата аммония или карбамида, последующие опыты проводились с раствором гумата натрия (5%) с добавкой сульфата аммония (3-8%) от массы сухого вещества гумата натрия.
Пример 3.
Компостированию подвергали механически обезвоженные осадки сточных вод (ОСВ) Люберецкой станции аэрации с влажностью 65-68%. ОСВ смешивали с раствором гумата натрия (0,01%) с добавкой сульфата аммония и укладывали в компостную яму на зиму. Одновременно укладывали в другую компостную яму ОСВ, не обработанные гуматом натрия. Весной оценивали состояние компоста из ОСВ и определили содержание в нем гуминовых веществ стандартным методом.
В исходном ОСВ содержание извлекаемых стандартным методом гуминоподобных веществ (желтоватого цвета) составляло 0,6%. В компосте из необработанных гуматом ОСВ содержание таких веществ составляло 1,8%, а в компосте из обработанных гуматом ОСВ содержание гуминовых веществ характерного черного цвета составляло 14,6%, что указывает на преимущественную гумификацию органического вещества ОСВ.
Пример 4.
Компостированию подвергли жировые отходы пищевого производства, представленные жирами животного и растительного происхождения и содержащие СПАВ, механические примеси и воду.
По сравнению с компостированием этих отходов традиционным способом (путем приготовления торфно-жировых смесей) обработка гуматом натрия сократила время компостирования с 60 дней до 20 дней.
Пример 5.
Компостировали опилки и мелкую щепу лиственных и хвойных пород деревьев, которые обрабатывали гуматом натрия, гуматом натрия с добавкой 5% сульфата аммония и гуматом натрия с добавкой 5% сульфата аммония и двойного суперфосфата. При внесении суперфосфата в раствор гумата и перемешивании наблюдается образование устойчивого коллоидного раствора, из которого выпадает мелкодисперсный осадок только при длительном отстаивании.
Содержащийся в суперфосфате кальций образовывает с анионами гуминовых кислот мелкодисперсные частицы нерастворимого гумата кальция. Для того чтобы анионы гуминовых кислот не связывались кальцием в значительном количестве, доза суперфосфата составляла 5% от массы гумата. В качестве носителя микрофлоры вносили почву.
Длительность компостирования составляла 30 дней, после чего сравнивали состояние компоста после разных видов обработки.
В обработанной гуматом натрия массе опилки были преобразованы, а щепа сохраняла свою структуру и запах. В обработанной гуматом с добавкой сульфата аммония массе образовывался компост хорошего качества без различимого присутствия опилок и слабо различимым присутствием щепы. В обработанной гуматом с добавкой сульфата аммония и суперфосфата массе образовывался компост высшего качества без различимого присутствия исходных компонентов.
При подкормке растений этими тремя разновидностями компоста установлено, что наилучший питательной ценностью обладает последний компост.
Пример 6.
Компостировали твердые бытовые отходы Московского мусороперерабатывающего завода, представленные преимущественно бумагой, тряпками, древесной щепой, пищевыми отбросами, минеральными частицами и включениями, полимерными материалами и др.
Отходы были сформированы в четыре отдельные кучи. Первая куча использовалась как контрольный вариант, вторая куча была обработана 0,01% раствором гумата натрия, третья - 0,01% раствором гумата натрия с добавкой сульфата аммония (5%), а четвертая - 0,01% раствором гумата натрия с добавкой сульфата аммония (5%) и двойного суперфосфата (5%).
В качестве микробной затравки вносили почву. Все кучи были покрыты прозрачной полимерной пленкой, и первые две недели наблюдали за интенсивностью протекания процессов компостирования по интенсивности образования конденсата на внутренней стороне пленок ("микробное дыхание"). При одинаковой исходной влажности всех куч пленка первой кучи оставалась прозрачной без появления на ней конденсата. Пленка на второй куче покрывалась каплями конденсата, в то время как пленка на третий и четвертой кучах становилась абсолютно непрозрачной из-за большого количества конденсата на ее внутренней поверхности, то есть наибольшая интенсивность процессов компостирования наблюдалось после обработки отходов раствором гумата натрия с добавкой сульфата аммония, а также гумата натрия с добавкой сульфата аммония и суперфосфата. После двух недель компостирования под пленкой последняя снималась, отходы перемешивались и компостирование продолжалось еще две недели.
После четырех недель компостирования определялось содержание гуминовых веществ стандартным методом. В материале первой кучи гуминовых веществ не обнаружено, в материале второй кучи содержание гуминовых кислот составило 1,2%, в третьей куче - 8,4%, а в четвертой - 9,8% (за вычетом внесенной массы гумата натрия).
Пример 7.
Компостировали опавшие листья, собранные в городском парке в сентябре месяце. Поскольку листья содержат много углерода и мало азота и разлагаются медленно, то для ускорения их компостирования применялся раствор гумата аммония 0,01% концентрации. Листья укладывали в две кучи: первая куча являлась контрольной и с интервалом в одну неделю поливалась водой и ворошилась, а вторая куча поливалась с таким же интервалом раствором гумата аммония и ворошилась. Обе кучи присыпались почвой, чтобы исключить сдувание листьев ветром.
Наблюдения показали, что уже через две недели после закладки температура второй кучи достигла 50-55oС, что указывало на интенсивное протекание процессов перегнивания органики, в то время как температура первой кучи значительно не изменилась.
При наступлении заморозков полив и перемешивание куч не проводили. В апреле месяце анализировали состояние компостируемой массы в обеих кучах. В контрольной куче находились почерневшие листья, в то время как в обработанной раствором гумата аммония куче листья превратились в рассыпчатый перегной.
Пример 8.
Компостировали субстрат для выращивания грибов, содержащий конский навоз, солому, торф, песок. В субстрат перед компостированием ввели раствор гумата аммония с добавкой суперфосфата (5% по сухому веществу от массы сухого вещества гумата аммония). Концентрация гумата аммония в растворе составляла 0,1%, а расход раствора на обработку 1 м3 субстрата составил 50 л.
Грибы выращивались по традиционной технологии на обработанном раствором гумата аммония и необработанном субстрате после его компостирования.
Установлено, что на компосте из обработанного гуматом аммония субстрате урожай грибов был на 12% выше, чем на компосте из необработанного субстрата. Отмечался ровный выход грибов, их более быстрый рост и более раннее созревание.
Пример 9.
Компостировали навоз крупного рогатого скота, в который вводили раствор гумата калия 0,01% концентрации с добавкой фосфорсодержащих веществ (диаммонийфосфат и суперфосфат) в количестве 5% от массы гумата калия. Первоначальный расход гумата калия составил 20 л/м3. Навоз перемешивался с интервалом в две недели, и при каждом перемешивании вводили раствор гумата калия в количестве 10-15 л на 1 м3 навоза.
Первоначально в навоз добавили почву в количестве 1-3% от массы навоза, т. е. 10-30 кг/м3. При каждом последующем перемешивании добавляли почву в количестве 5-10 кг/м3.
Установлено, что по сравнению с контролем (компостирование при тех же условиях, но без добавления гумата калия и фосфорсодержащих веществ) объем компостированного навоза за два месяца уменьшился на 48%. При этом получился хороший перегной. Бактериологические анализы показали, что если в контроле обнаружилось большое количество колиформ (бактерий группы кишечной палочки), то в обработанном гуматом калия навозе присутствовала только характерная почвенная микрофлора.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет увеличить эффективность процесса компостирования и сократить сроки приготовления компостов, расширить применение компостирования не только для переработки торфсодержащих веществ и отходов, но и для компостирования других органических веществ и отходов, а также повысить его питательную ценность.
Изобретение относится к области переработки и утилизации органических и органоминеральных веществ и, прежде всего, отходов путем их компостирования и может быть использовано в сельском и огородно-дачных хозяйствах, в лесной и деревообрабатывающей промышленности, в коммунальном хозяйстве городов и населенных пунктов. В компостируемую массу вносят щелочной реагент, в качестве которого используют щелочной экстракт одного из каустобиолитов угольного ряда в виде водного раствора гумата одного из веществ, выбранных из группы, состоящей из натрия, калия, аммония. При использовании гумата натрия или гумата калия в раствор гумата добавляют по меньшей мере одно слабокислое или нейтральное азотсодержащее и/или фосфорсодержащее вещество, а при использовании гумата аммония - по меньшей мере одно фосфорсодержащее вещество. Способ обеспечивает повышение питательной ценности и увеличение мелиорирующих свойств компоста за счет ускорения процессов физико-химической и микробиологической деструкции вещества компостируемой массы и преимущественной гумификации продуктов распада органического вещества. 3. с. и 15 з.п. ф-лы.
