СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОСТА Российский патент 2005 года по МПК C05F11/08 C12N1/20 C12N1/14 C12N1/16 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для получения компоста на основе отходов птицеводческих и животноводческих хозяйств с применением биотехнологии.

Переработка неутилизированных отходов специализированных птицеводческих и животноводческих хозяйств чрезвычайно актуальна из-за загрязнения ими окружающей среды и необходимости получения из них высокоэффективных удобрений.

Известен способ биологической переработки птичьего помета по патенту РФ №2055823, предусматривающий смешение помета с влагопоглощающим материалом и последующую аэробную термофильную ферментацию полученной смеси с добавлением в помет перед смешением консорциума бактерий (Streptococcus thermophilus, Streptococcus bovis, Lactobacillus sallvarlus var, salicinicus, salivarius, Lactobacillus acidophilus}.

На первой стадии процесса в помет вносят влагопоглощающий материал, перемешивают и осуществляют аэробную термофильную ферментацию в присутствии синантропных мух до снижения температуры до 25-30°С, а затем (на второй стадии) в полученную компостируемую смесь в качестве стимулятора вносят указанный консорциум микроорганизмов в концентрации 0,01-8,0% и ферментируют при естественных условиях.

Недостатками известного способа являются следующие:

- проведение процесса в две стадии существенно увеличивает его длительность;

- внесение бактерий родов Streptococcus и Lactobacillus, проводимое дважды и в значительной концентрации (до 8%), существенно увеличивает себестоимость продукта.

Известен принятый нами в качестве прототипа способ получения компоста по патенту РФ №2197453, М. кл.⁷: С 05 F 11/08, 2001 г., в котором в качестве стимулятора процесса компостирования используют консорциум микроорганизмов на основе штаммов бактерий Bacillus subtilis - П-1, Clostridium butyricum 77-2, Micrococcus urea П-3 и штамма гриба Sporotrichum pruinosum П4 в виде водной суспензии клеток или в виде сухого порошка в концентрации 0,05-0,1% по биомассе от массы компостируемой смеси, а смесь компостируют при температуре 20-70°С и влажности 50-60% в течение 5-7 суток.

Прототип интенсифицирует процесс компостирования и улучшает качество продукта, однако имеет следующие недостатки:

- интенсивность процессов компостирования снижает ограниченность воспроизводства используемых микроорганизмов в перерабатываемых средах;

- микроорганизмы, используемые в известном техническом решении, не обладают широким спектром амилолитических и целлюлолитических ферментов, не адаптированы к высокому содержанию азота и повышенным температурам в процессе компостирования;

- используемые микроорганизмы не способствуют образованию в продукте фульвокислот - растворимых частей гуминовых кислот, которые наиболее активно и в первую очередь потребляются всеми видами растений;

- использование в качестве водопоглощающего агента опилок, соломы, лигнина торфа в известном техническом решении не обеспечивает привлекательной структуры продукта из-за слипания его частиц.

Задачей заявленного предложения является получение в более короткие сроки высококачественного компоста, отвечающего всем основным требованиям потребителя.

Технический результат в предложенном изобретении достигается тем, что в способе получения компоста, предусматривающем смешивание отходов птицеводческих или животноводческих хозяйств с материалами, обеспечивающими твердофазную ферментацию полученной смеси с использованием стимулятора компостирования на основе микроорганизмов, согласно изобретению в качестве стимулятора компостирования используют консорциум на основе взятых в равных пропорциях штаммов бактерий Bacillus subtilis ВКПМ-В-1948, грибов Trichosporon cutaneum ВСБ-775, Trichoderma viride Sp, Fusarium sambucinum MKF-2001-3 ВКПМ №F-867 и дрожжей S.cerevisiae diastaticus ВКПМ у.1218, который вносят в компостируемые субстраты в виде жидкой суспензии или высушенной биомассы в концентрации от 0,005 до 0,05% к компостируемой смеси, выдерживают при температуре 20-65°С и влажности 35-50% в течение 4-7 суток в зависимости от состава перерабатываемых отходов.

В компост добавляют доломитовую крошку в количестве до 5 весовых % к компостируемой смеси.

Все подобранные и специально отселекционированные микроорганизмы обладают широким спектром амилолитических и целюллолитических ферментов и адаптированных к высокому содержанию азота и повышенным температурам в процессе компостирования. Они не патогенны и осуществляют процесс компостирования в течение 4-7 суток в зависимости от состава компостируемой смеси и концентрации микроорганизмов, вносимых в компостируемую смесь.

Культуры микроорганизмов выращивали на жидких питательных средах (жидкое сусло, разбавленная меласса или жидкие синтетические среды с сахарозой и глюкозой).

Компостирование производили при соотношении субстратов: торфа -150 л, куриного помета - 150 л, древесных опилок - 60 л. В конце процесса компостирования добавляли доломитовую крошку - 30 кг. В смесь природных субстратов добавляли доломитовую крошку - 30 кг и консорциум микроорганизмов (5 литров). В начале ферментации и в процессе компостирования весь субстрат перемешивали три раза в сутки по 2 минуты. Каждые сутки в компостируемую смесь добавляли 2 л воды для поддержания необходимой влажности.

В процессе отработки технологии время компостирования сократилось с 10 суток до 7, а затем и до 4-х.

В конце компостирования полученный компост проветривали, освобождая от запаха аммиака. Структура компоста - порошкообразная, рассыпчатая. Влажность - 35-50%.

Ниже представлены характеристики предлагаемых микроорганизмов.

1. Штамм бактерий Bacillus subtilis ВКПМ-В-1948, растет в диапазоне температур от 20 до 70°С. Продуцент -амилазы с активностью 2700-3000 ед/мл, ассимилирует глюкозу, сахарозу, фруктозу, крахмал. Аэроб, хорошо усваивает азот мочевины. Непатогенен.

2. Штамм гриба Trichosporon cutaneum ВСБ-775 (из коллекции института ФГУП "ГосНИИ синтезбелок"). Обладает широким спектром ферментов и синтезирует биологически активные соединения. Усваивает пентозы, крахмал, спирты и органические кислоты, растет в интервале температур 20-40 град. С.

3. Штамм дрожжей S.cerevisiae diastaticus ВКПМу.1218. Получен из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов. Ассимилирует глюкозу, крахмал, ксилозу и т.п., синтезирует фермент α-амилазу, усваивает уксусную и молочную кислоты, этиловый спирт и глицерин, хорошо растет на углерод- и крахмалсодержащих средах, накапливает белок до 50%.

4. Штамм гриба Trichoderma viride Person F-98 ОМ-534. Выделен из торфа. Ассимилирует глюкозу, маннозу, галактозу, крахмал, глицерин, органические кислоты, этиловый спирт. Синтезирует целый набор ферментов: α-амилазу, ксилоназу, целлюлазу и др. Активно разрушает клетчатку.

5. Штамм гриба Fusarium sambucinum MKF 2001-3 ВКПМ №F-867 - продуцент биологически активных веществ.

По своему качеству получаемый по предложенной технологии компост соответствует ГОСТу на органоминеральные удобрения. Однако для улучшения его качества и повышения эффективности усвоения растениями в компост добавляют в количестве до 5 весовых % к компостируемой смеси доломитовую крошку (CaMg(CO₃)₂) - для раскисления почв и ускорения усвоения растениями фульвокислот.

Ниже приводятся примеры получения компоста в лабораторных и опытных условиях, а также результаты его испытаний на овощных культурах.

Пример 1. В ферментатор для компостирования вносили смесь:

куриный помет - 200 л, торф - 150 л, древесные опилки - 10 л и в равных долях все перечисленные под пунктами 1-5 микроорганизмы (5 л суспензии микроорганизмов, составляющую в пересчете на сухой вес 0,05% к компостируемой смеси). Процесс компостирования осуществляли при подаче воздуха 10 м³/час и дискретном перемешивании компостируемой массы (3 раза в сутки). На вторые сутки от начала процесса компостирования температура смеси достигла 45°С, на третьи сутки она повысилась до 65°С и на 6-е сутки снизилась до 30°С. В конце компостирования в полученный компост добавили доломитовую крошку (10 л). Компост содержал: азот общий (на АСБ) - 1,8%, фосфор - 1,5%, калий - 0,9%, гумус - 50%, гуминовые кислоты - 5,5%, фульвокислоты - 1,8%. Общее время ферментации - 6 суток. Влажность продукта - темно-коричневого порошка - 45,6%.

Пример 2. Компостированию подвергали смесь, состоящую из куриного помета, торфа, древесных опилок и тех же культур, что и в примере 1, и в тех же соотношениях. В смешанный субстрат вносили биомассу в виде порошка в концентрации 0,01% к компостируемой смеси. Влажность продукта 41%.

Внесение биомассы в виде порошка вместо суспензии привело к удлинению процессе на 1 сутки.

Пример 3. Компостированию подвергали смесь: помет - 300 л, торф -60 л, опилки - 20 л. В качестве биомассы использовали тот же консорциум микроорганизмов по п.п. 1-5 описания в концентрации 0,02% в пересчете на сухой вес. При тех же основных прочих технологических параметрах процесс ферментации шел активнее. На вторые сутки от начала процесса компостирования температура смеси достигла 50°С, на третьи сутки - повысилась до 65°С и на 5-е сутки снизилась до 35°С. При том же внешнем виде продукта отмечено высокое содержание азота - 3%, фосфора - 1,7%, калия - 0,98%, количество гумуса составило 60%, гуминовых кислот - 7,8%, а фульвокислот - 3,92%. Влажность продукта - 46,5%.

Пример 4. В качестве засевной биомассы использовали смесь культур:

Bacillus subtilis ВКПМ-В-1948, Trichosporon cutaneum ВСБ-775, S.cerevisiae diastaticus ВКПМ y.1218, Trichoderma viride Person F-98 ОМ-534. В качестве компостируемой смеси использовали куриный помет - 50%, торф - 30% и древесные опилки - 20%. Влажность компостируемой смеси достигала 60%. Биомассу вносили в виде жидкой суспензии в концентрации (в пересчете на сухой вес) - 0,05% к компостируемой смеси. Процесс твердофазной ферментации длился 7 суток, температура смеси достигала 65°С. Компост содержал: азот общий (на АСВ) - 2,4%, фосфор - 1,85%, калий - 1,1%, гумус - 50%, гуминовые кислоты - 4,2%, фульвокислоты - 0,3%, влажность продукта - 42%.

Пример 5. В дополнение к смеси примера 4 в засевную биомассу включали гриб Fusarium sambucinum MKF 2001-3 ВКПМ №F-867. В качестве компостируемой смеси использовали куриный помет - 50%, торф - 30% и древесные опилки - 20%. Засевную смесь вносили в виде жидкой суспензии в концентрации, как в предыдущем примере. Процесс компостирования длился 6 суток, температура компостируемой смеси достигала 65°С, влажность продукта 38%, азот общий - 2,3%, фосфор -1,6%, калий - 0,95%, гумус - 52,1%, гуминовые кислоты - 4,7%, фульвокислоты - 2,8%.

Пример 6. В качестве компостируемого материала использовали свиной навоз, а в качестве консорциума микроорганизмов: Bacillus subtilis ВКПМ-В-1948, Trichosporon cutaneum ВСБ-775, S.cerevisiae diastaticus ВКПМ у. 1218, Trichoderma viride Person F-98 OM-534, Fusarium sambucinum MKF 2001-3 ВКПМ №F-867. Засевная биомасса в виде суспензии живых клеток вносилась в концентрации 0,1% в пересчете на сухое вещество. Процесс компостирования прошел очень активно при температуре 25-65°С в течение 4-х суток. Температура в первые сутки поднялась до 55°С, на вторые - до 65°С, на четвертые - снизилась до 30°С. В компосте количество гумуса составило 60%, гуминовых кислот - 6,8%, фульвокислот - 3,8%, азота -2,3%, фосфора - 1,5%, калия - 1,5%, влажность продукта 39,5%.

Пример 7. Компостировали смесь лигнина и сгущенного активного ила в соотношении 2:1. В качестве засевной биомассы использовали тот же консорциум микроорганизмов, что и в примере 6, но в концентрации 0,005% в пересчете на сухой вес.

Процесс компостирования осуществляли в течение 7 дней при температуре 20-65°С. В компосте соотношение азота, фосфора, калия в пределах: 1,5:1,2:1,2. Содержание гумуса - 48%, гуминовых кислот - 5,8%, фульвокислот - 2,7%, влажность - 44%.

Полученные на опытной установке образцы компоста "Дар Земле" испытывали в теплице и в полевых условиях на различных овощных культурах. Урожайность перца повысилась с 4,6 кг/м² (в контроле) до 6,82 кг (в опыте), т.е на 48%. Урожайность цветной капусты с 12,2 т/га до 17,0 т/га, т.е. на 39,3%. Урожайность моркови - на 32,3%.

Включение в состав компоста доломита обеспечивает решение задачи изобретения - улучшение качества продукта за счет поглощения влаги и улучшения структуры продукта.

Одновременно за счет доломита обеспечиваются следующие технические результаты:

- раскисление почв доломитом (CaMg(CO₃)₂), точнее образующейся из него гашеной известью;

связывание гашеной известью тяжелых металлов (реакция представлена как необратимая, в связи с тем, что образующаяся гидроокись свинца практически не растворима в воде):

Са(ОН)₂+Pb→Pb(ОН)₂+Са;

- создание условий для усвоения растениями необходимых человеку ионов, образующихся в соответствующих растворах (Са⁺⁺, Mg⁺⁺, СО₃ ^--).

Из приведенных выше данных видно, что заявленное предложение позволяет ускорить на 1-2 суток процесс компостирования при использовании микроорганизмов, способных воспроизводиться в перерабатываемой среде, к тому же переводить азот в более доступные для растений формы, а также улучшить качество продукта при более дешевых исходных материалах.

Изобретение относится к биотехнологии. При осуществлении способа отходы птицеводческих или животноводческих хозяйств смешивают с материалами, обеспечивающими твердофазную ферментацию полученной смеси на основе микроорганизмов. В качестве стимулятора компостирования используют консорциум на основе взятых в равных пропорциях штаммов бактерий Bacillus subtilis ВКПМ-В-1948, грибов Trichosporon cutaneum ВСБ-775, Trichoderma viride Sp., Fusarium sambucinum MKF-2001-3 ВКПМ №F-867 и дрожжей S.cerevisiae diastaticus ВКПМ у.1218, который вносят в компостируемые субстраты в виде жидкой суспензии или высушенной биомассы в концентрации от 0,005 до 0,05% к компостируемой смеси, выдерживают при температуре 20-65°С и влажности 35-50% в течение 4-7 суток в зависимости от состава перерабатываемых отходов. В компост добавляют доломитовую крошку в количестве до 5 вес.% к компостируемой смеси. Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения компоста, предусматривающий смешивание отходов птицеводческих или животноводческих хозяйств с материалами, обеспечивающими твердофазную ферментацию полученной смеси с использованием стимулятора компостирования на основе микроорганизмов, отличающийся тем, что в качестве стимулятора компостирования используют консорциум на основе взятых в равных пропорциях штаммов бактерий Bacillus subtilis ВКПМ-В-1948, грибов Trichosporon cutaneum ВСБ-775, Trichoderma viride Sp., Fusarium sambucinum MKF-2001-3 ВКПМ №F-867 и дрожжей S.cerevisiae diastaticus ВКПМ у.1218, который вносят в компостируемые субстраты в виде жидкой суспензии или высушенной биомассы в концентрации от 0,005 до 0,05% к компостируемой смеси, выдерживают при температуре 20-65°С и влажности 35-50% в течение 4-7 суток в зависимости от состава перерабатываемых отходов.2. Способ получения компоста по п.1, отличающийся тем, что в компост добавляют доломитовую крошку в количестве до 5 вес.% к компостируемой смеси.