СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ Российский патент 2003 года по МПК C05F3/00 C05F11/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке органических отходов, в частности навоза, птичьего помета, отходов полеводства и торфа с получением органических удобрений, жидких подкормок для растений и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и рыб.

Сельское хозяйство является огромным источником органических отходов - отходов животноводства и птицеводства, а также отходов растениеводства - растительных остатков, соломы и т.п. В то же время сельскому хозяйству необходимо постоянно возрастающее количество удобрений, которое по подсчетам ученых обеспечивает половину прироста урожая, а также надежная кормовая база для развития животноводства.

В системе мер повышения плодородия почвы для растениеводства и обеспечения кормовых ресурсов для животноводства важнейшее место отводится использованию органических отходов сельского хозяйства - отходов животноводства и растениеводства, в том числе соломы.

Известен способ переработки органических отходов в биогумус и кормовой белок, включающий приготовление субстрата путем смешивания компонентов, в том числе навоза, птичьего помета, а также компонентов, имеющих питательную и удобрительную функцию, укладку питательной смеси в емкость для компостирования, внесение в питательную смесь червей и/или их коконов, компостирование, отделение червей от полученного биогумуса (патент РФ 2057743, кл. С 05 F 3/06, 10.04.1996).

Технология вермикомпостирования основана на способности червей и сопутствующих им микроорганизмов и микроскопических сапротрофных беспозвоночных животных в процессе своей жизнедеятельности ассимилировать пищевые вещества, входящие в состав органических остатков, которые измельчаются, гумифицируются, обогащаются некоторыми соединениями элементов минерального питания растений, ферментами и непатогенными для растений микроорганизмами.

Однако, несмотря на очевидные достоинства, этот метод имеет и серьезные недостатки. Культивируемые на отходах черви нуждаются в определенных условиях, важнейшими из которых являются температура, влажность, кислотность среды, кислородный режим, состав корма. Оптимальная температура для жизнедеятельности навозных червей 15-25^oС. Более низкие, а также более высокие температуры оказывают угнетающее действие на жизнедеятельность червей.

Такая технология переработки отходов является относительно дорогой и используется не очень широко.

К недостаткам известного способа следует отнести также сезонность переработки, сложность получения гумуса заданного состава, низкую интенсивность процесса переработки, низкий выход кормового белка и биогумуса.

Известен способ компостирования городских отходов, включающий их сортировку и измельчение, смешивание с осадками сточных вод и/или других органических отходов, например жидкого навоза, загрузку в камеру ферментации с выдержкой при температуре, обеспечивающей гигиеничность конечного продукта (европейский патент ЕР 0028194, кл. С 05 F 9/04, 06.05.1981).

Известен способ получения биокомпоста, включающий смешивание птичьего помета с орг. наполнителем до получения сыпучей массы и последующее компостирование смеси в ферментере при принудительной аэрации с продувкой дискретно объемами воздуха, уменьшающимися по мере ускорения аэробно-анаэробного процесса ферментации (патент РФ 2051883, кл. С 05 F 3/00, 10.01.1996).

Известен способ переработки органических отходов, включающий смешивание навоза, торфа и соломы, загрузку приготовленной органической смеси в отдельные открытые сверху емкости и установку их в общей камере ферментации с подогревом, в которой поддерживают повышенную температуру для ферментации органической смеси под действием термофильных бактерий и ферментов со снижением температуры по окончании процесса ферментации (патент РФ 2100329, кл. С 05 F 17/00, 27.12.1997). Этот способ является ближайшим аналогом предлагаемого способа переработки органических отходов.

К недостаткам известного способа следует отнести ограниченность области использования получаемого продукта, его недостаточно высокое качество, а также определенную сложность проведения технологического процесса.

Задачей изобретения является устранение недостатков известного способа переработки органических отходов, а ожидаемым техническим результатом - повышение качества и расширение сферы использования целевого продукта за счет получения дополнительно жидкой подкормки для растений, а также получения многофункционального продукта, применяемого в качестве органического удобрения и в качестве корма и кормовой добавки для сельскохозяйственных животных.

Это достигается тем, что в способе переработки органических отходов, включающем смешивание навоза, торфа и соломы, загрузку приготовленной органической смеси в отдельные открытые сверху емкости и установку их в общую камеру ферментации с подогревом, в которой поддерживают повышенную температуру для ферментации органической смеси под действием термофильных бактерий и ферментов со снижением температуры по окончании процесса ферментации, перед смешиванием с навозом и торфом солому предварительно измельчают и подвергают запариванию посредством подачи острого пара до достижения температуры 50-55^oС с добавлением мочевины, периодическим перемешиванием и выдержкой в течение 15-17 часов, после чего отделяют жидкую фракцию для использования в качестве подкормки для растений, а оставшуюся пропаренную солому подают в измельчитель-смеситель с добавлением навоза и торфа в соотношении, мас.%:
Пропаренная солома - 30-40
Навоз - 20-30
Торф - 40-50
с последующей загрузкой приготовленной смеси в отдельные открытые сверху емкости и установкой их в общую камеру ферментации, в которой поддерживают температуру 55-60^oС до завершения процесса ферментации, характеризующегося снижением температуры до 25-30^oС.

В процессе ферментации производят также периодическое рыхление органической смеси в каждой отдельной емкости через равные промежутки времени.

Для приготовления органической смеси может быть использован подстилочный и безподстилочный навоз, а также навозные стоки. Навоз является биологически активным компонентом, содержащим большое количество полезных микроорганизмов, активизирующих процесс компостирования, и большой запас азота, фосфора и калия. Навоз является также источником микроэлементов для питания растений. В 1 тонне навоза крупного рогатого скота влажностью 92% содержится 2,8 г Сu, 2,2 г Mn, 12 г Zn, 2,4 г В. Энергетические свойства навоза характеризуются содержащимися в нем такими органическими веществами, как жиры, белки, полисахариды и другие высокомолекулярные соединения, которые, разлагаясь при сбраживании, преобразуются в СО₂, Н₂, Н₂О и СН₄.

Торф, используемый для приготовления органической смеси, содержит большое количество органического вещества, значительная часть которого представлена соединениями гуминовых кислот, значительное количество азота, обладает высокими влаго- и газонаполнительными способностями, а также характеризуется отсутствием болезнетворных начал и антисептическими свойствами. Для приготовления компостной смеси может быть использован торф широкого диапазона влажности и степени разложения, различного ботанического состава и добытый любым из известных способов, предпочтительнее фрезерным.

Большим резервом органического сырья для приготовления компостов являются растительные остатки сельскохозяйственного производства, в том числе солома, которая используется для производства органических удобрений и кормов для сельскохозяйственных животных.

Солома состоит главным образом из трех групп органических соединений - целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнинов. Кроме этих трех главных составных веществ солома содержит другие органические соединения, в том числе небольшое количество белка, небольшое количество восков, водорастворимые углеводы, т. е. сахара, соли и нерастворимую золу, в которую входит кремнезем.

Солома разных зерновых культур по химическому составу мало различается между собой, однако может изменяться в зависимости от почвенных и погодных условий, а также от фазы спелости (Стейнифорт А.Р. Солома злаковых культур. М.: Колос, 1983).

При влажности 15% солома содержит в среднем 0,5% азота, 0,2% фосфорного ангидрида, 1% окиси калия и 35-40% углерода в форме различных, в том числе легкодоступных для микрофлоры органических соединений (целлюлоза, лигнин, пентозаны и гемицеллюлоза). В ней имеется некоторое количество серы, кальция, магния и различных микроэлементов - бор, медь, марганец, молибден, цинк, кобальт и др.

Реализация способа иллюстрируется следующим примером.

Пример.

Пшеничную яровую солому с влажностью 15%, содержащую 4,4% протеина, 34,2% клетчатки, 1,5% жира и 6,0% золы пропускают через измельчитель-смеситель кормов ИСК-1. Измельченная солома лучше перемешивается с другими компонентами для получения биокомпоста, а также обеспечивает более высокую эффективность высвобождения из нее питательных веществ в процессе запаривания и позволяет сократить его продолжительность. Измельченную до размера частиц 5-10 мм солому загружают в запариватель кормов СКОФ-3, представляющий собой шнековую мешалку закрытого типа с нижней выгрузкой. Туда же добавляют мочевину в количестве 1,5-2,0 мас.% и перемешивают. Запаривание производят подачей острого пара из парогенератора до достижения температуры загруженной массы соломы 50-55^oС. При автоматическом регулировании заданной температуры солому выдерживают в течение 15-17 часов. Для повышения эффективности процесса запаривания осуществляют периодическое перемешивание.

Запаривание соломы способствует ее облагораживанию с точки зрения повышения ее перевариваемости и поедаемости сельскохозяйственными животными в случае использования получаемого в дальнейшем биокомпоста в качестве корма и кормовой добавки. И, во-вторых, запаривание соломы позволяет получить дополнительно промежуточный продукт (конденсат) в виде жидкой фракции, содержащей высвободившиеся из соломы питательные вещества - лигнин, углеводы (сахара), протеины и др., которая является ценной подкормкой для растений, что и является важной составляющей ожидаемого технического результата.

Мочевина - диамид угольной кислоты, карбамид - СО(NН₂)₂ - содержит около 46% азота (N), является концентрированным азотным удобрением, а также используется как заменитель естественного белка (протеина) в кормах для жвачных животных.

Добавление мочевины в процессе запаривания способствует повышению перевариваемости клетчатки, ее протеиновой и соответственно питательной ценности, как одного из основных компонентов получаемого впоследствии биокомпоста при его использовании в качестве корма и кормовой добавки, что является существенным обстоятельством с учетом незначительного содержания в соломе азота. При этом происходит обогащение азотом жидкой фракции и повышается эффективность высвобождения в нее питательных веществ, что повышает ее ценность при использовании в качестве подкормки для растений.

Мочевина является доступным продуктом и имеет относительно невысокую стоимость.

Образовавшуюся в течение процесса запаривания жидкую фракцию (конденсат), содержащую высвободившиеся из соломы питательные вещества - лигнин, углеводы, протеины и др., а также азот, через нижний сливной кран запаривателя кормов отделяют от соломы и разливают в полиэтиленовые емкости для дальнейшего использования в качестве жидкой подкормки для растений, а также для предпосевной обработки семян.

Пропаренную солому подают в измельчитель-смеситель, например ИСК-1, при помощи ковшовой тележки И-1-ФТН-250, куда подают также подстилочный навоз крупного рогатого скота (КРС) влажностью 70-80% и верховой фрезерный торф в соотношении, мас.%: пропаренная солома: навоз: торф - соответственно 40:20: 40. После перемешивания в течение 4-5 минут приготовленную смесь загружают в отдельные открытые сверху металлические емкости с отверстиями в днище для подачи воздуха. Для снижения трудоемкости манипулирования емкостями они оборудованы опорными колесами. Каждую загруженную органической смесью емкость закатывают в отдельную ячейку общей камеры ферментации, имеющей теплоизоляцию и систему подачи воздуха. В начальной стадии процесса ферментации через днища емкостей подают разогретый воздух с температурой, обеспечивающей стартовый нагрев компостируемой массы до 55-60^oС. При этом под действием термофильных бактерий и ферментов, содержащихся в навозе и торфе, выделяется тепло и происходит разложение органической смеси с ее полной биологической дезинфекцией. При поддержании температуры 55-60^oС и влажности смеси не менее 50-60% погибают болезнетворная микрофлора, яйца гельминтов, полностью теряется всхожесть семян сорняков, увеличивается содержание азота в результате жизнедеятельности присутствующих в компостной массе азотфиксирующих бактерий. Для насыщения воздухом в процессе ферментации производят периодическое рыхление органической смеси в каждой отдельной емкости через равные промежутки времени.

По мере завершения процесса разложения органической смеси начинается снижение ее температуры и достижение ее значения 25-30^oС является показателем завершения процесса. Общее время ферментации составляет 8-10 суток, причем время выдержки при максимальной температуре 55-60^oС составляет 60-65% от всего цикла ферментации, т.е. 5-6 суток. Фаза остывания смеси может осуществляться в естественном режиме без подачи воздуха, или с подачей холодного воздуха, особенно в зимнее время.

Образующаяся в процессе ферментации жидкость стекает по стенкам емкостей и по дренажным канавкам в основании общей камеры ферментации, собирается в отстойниках, а затем удаляется для дальнейшей переработки.

В процессе ферментации ведется контроль основных параметров - температуры, влажности, рН среды.

Естественное прохождение процесса ферментации, ускоряемого только на начальной стадии, приводит к получению высокогумифицированного продукта, являющегося ценным органическим удобрением, а также биологически активной кормовой добавкой.

Наличие гуматов и гумифицированных соединений придает продукту агрономически ценные свойства и структуру, обеспечивающие создание в почве благоприятной для растений водно-воздушной среды.

Получаемый продукт - биокомпост многоцелевого назначения представляет собой однородную сыпучую массу, удобную для транспортировки, фасовки и внесения в почву, и может использоваться как высококачественное экологически чистое органическое удобрение, эффективность которого по урожайности сельскохозяйственных культур в 2-3 раза выше по сравнению с традиционным навозом и компостами, а также как белково-витаминная кормовая добавка для кормления животных, птицы и рыб, содержащая до 20-25% сырого протеина.

В зависимости от исходных компонентов в 1 т. биокомпоста содержится до 60-70 кг NPK, в т.ч. азота до 30-35 кг, фосфора до 15-20 кг, калия до 10-15 кг и весь комплекс микроэлементов. Норма внесения биокомпоста в качестве удобрения 5-10 т/га.

В качестве кормовой добавки может вводиться в рацион жвачных животных до 20-40%, заменяя зерно и грубые корма, в рацион птиц - до 10-15%.

Полученный биокомпост расфасовывают в мешки из полипропилена с использованием весов, например ВПА-100, и зашивают мешкозашивочной машиной ИГАА-26-1А с подвесом.

Предлагаемый способ технологически не сложен, не требует оборудования и аппаратуры, базируется на использовании доступного сырья, экологически безопасен, экономичен.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке органических отходов, в частности навоза, птичьего помета, отходов полеводства и торфа с получением органических удобрений, жидких подкормок для растений и кормовых продуктов для сельскохозяйственных животных и рыб. Способ включает смешивание навоза, торфа и соломы и загрузку приготовленной смеси в отдельные открытые сверху емкости, которые устанавливают в общую камеру ферментации с подогревом. В камере поддерживают повышенную температуру для ферментации органической смеси под действием термофильных бактерий и ферментов со снижением температуры по окончании процесса ферментации. Перед смешиванием с навозом и торфом солому предварительно измельчают и подвергают запариванию посредством подачи острого пара до достижения температуры 50-55^oС с добавлением мочевины, периодическим перемешиванием и выдержкой в течение 15-17 ч. После этого отделяют жидкую фракцию для использования в качестве подкормки для растений, оставшуюся пропаренную солому подают в измельчитель-смеситель с добавлением навоза и торфа в соотношении, мас.%: пропаренная солома 30-40, навоз 20-30, торф 40-50. Изобретение обеспечивает повышение качества и расширение сферы использования целевого продукта. 1 з. п. ф-лы.

1. Способ переработки органических отходов, включающий смешивание навоза, торфа и соломы, загрузку приготовленной органической смеси в отдельные открытые сверху емкости и установку их в общую камеру ферментации с подогревом, в которой поддерживают повышенную температуру для ферментации органической смеси под действием термофильных бактерий и ферментов со снижением температуры по окончании процесса ферментации, отличающийся тем, что перед смешиванием с навозом и торфом солому предварительно измельчают и подвергают запариванию посредством подачи острого пара до достижения температуры 50-55^oС с добавлением мочевины, периодическим перемешиванием и выдержкой в течение 15-17 ч, после чего отделяют жидкую фракцию для использования в качестве подкормки для растений, а оставшуюся пропаренную солому подают в измельчитель-смеситель с добавлением навоза и торфа в соотношении, мас. %:
Пропаренная солома - 30 - 40
Навоз - 20 - 30
Торф - 40 - 50
с последующей загрузкой приготовленной смеси в отдельные открытые сверху емкости и установкой их в общую камеру ферментации, в которой разогревают смесь до температуры 55-60^oС и выдерживают до завершения процесса ферментации, характеризующегося снижением температуры до 25-30^oС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе ферментации производят периодическое рыхление органической смеси в каждой отдельной емкости через равные промежутки времени.