СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДОВ ОВОЩЕВОДСТВА Российский патент 2012 года по МПК C05F9/00 A01K67/33 C05F3/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к области овощеводства, и может быть использовано при уборке урожая овощей, а именно при утилизации отходов овощеводства - ботвы, а также некондиционной продукции и сорных растений.

В природных условиях органические вещества претерпевают ряд изменений, прежде чем превратятся в полноценный гумус. Этот процесс протекает не всегда гладко и просто. Бывают потери органического вещества, очень часто в органическом веществе поселяются паразиты, уничтожающие урожай, а также патогенные организмы, несущие вред почве, растениям, животным и человеку.

Любые отклонения от естественной природной схемы превращения органики приводят очень часто к появлению неблагоприятных факторов в среде обитания людей, животных и растений, т.е. происходит нарушение экологической обстановки.

В настоящее время известно значительное количество почвенных организмов, которые способны качественно и без потерь осуществлять превращение органических материалов сельскохозяйственного происхождения в органическое вещество почв. Однако работа с указанными почвенными организмами трудоемка, дорогостояща, требует специальной подготовки и высококвалифицированных специалистов.

Известна (RU, патент 2118631) поточная линия для переработки агропромышленных отходов, содержащая последовательно установленные накопительную емкость, транспортер, смеситель, сушильную камеру с топкой, диспергатор, циклон с вентилятором и емкость для сбора товарной продукции, причем сушильная камера выполнена неподвижной, имеет длину L и диаметр D, удовлетворяющие соотношению L:D=5-20, и снабжена установленным в ней вращающимся валом, а диспергатор выполнен в виде закрепленных на упомянутом валу цепных звеньев.

Известна (RU, патент 2169450) комплексная система для переработки навоза и других сельскохозяйственных отходов, содержащая частично заглубленную в грунт и имеющую светопроницаемую крышу ферментационную емкость с устройством для подогрева воздуха в ней, грейферное погрузочное приспособление, загрузочное устройство и транспортные средства. Кроме того, система снабжена жижесборником, расположенным снаружи ферментационной емкости у одной ее торцевой стенки, а в днище ферментационной емкости выполнен продольный центральный аэрационный и жижеотводящий канал, являющийся элементом имеющего к нему уклон названного днища, проходящий наклонно к жижесборнику, снабженный на выходе в последний шлюзовым затвором и отделенный от ферментационной емкости перекрытием, выполненным с возможностью пропуска воздуха и жидкости. Устройство для подогрева воздуха в ферментационной емкости состоит из вентилятора высокого давления, размещенного снаружи ферментационной емкости со стороны, противоположной жижесборнику, воздухозаборника, расположенного под светопроницаемой крышей в верхней части пространства, ограниченного ею, и сообщенного с всасывающим патрубком вентилятора, и вышеупомянутого аэрационного и жижеотводящего канала, вход которого соединен посредством воздухоотвода с нагнетательным патрубком вентилятора. Светопроницаемая крыша по всей длине ферментационной емкости выполнена из откидных секций, каждая из которых оборудована конденсаторами избыточной влаги воздуха, конденсатосборниками и средствами уравновешивания и фиксации, как в открытом, так и в закрытом положениях, каждой секции крыши. Грейферное погрузочное приспособление и загрузочное устройство смонтированы на отдельных мобильных платформах, расположенных снаружи ферментационной емкости, причем загрузочное устройство оборудовано емкостью для накопления компонентов компостной смеси, имеющей отделитель грубых включений и измельчающе-перемешивающий и транспортирующий ротор или роторы, а также телескопический выгрузной транспортер.

Известен также (RU, патент 2164891) микробиологический реактор для переработки органических отходов, содержащий цилиндрическую камеру сбраживания с расположенным в ней и связанным со средством вращения в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси камеры перемешивающим приспособлением, выполненным в виде цилиндрического элемента с набором лопастей, расположенных на нем рядами, приспособление для подачи в реактор исходных органических отходов и выгрузки сброженной массы, плавающий газовый колпак с патрубком отвода биогаза и средством регулирования давления газа под колпаком. Средство регулирования давления газа выполнено в виде установленных на стенках камеры вертикальных направляющих с подпружиненными втулками для взаимодействия с боковой поверхностью газового колпака при его перемещении в вертикальной плоскости, а также в виде размещенного на крышке газового колпака средства вращения перемешивающего приспособления, лопасти которого выполнены в виде стержней, закрепленных на цилиндрическом элементе под прямым углом к его оси, при этом стержни каждого ряда выполнены длиной, уменьшающейся в направлении днища камеры и составляющей 0,8-0,5 величины радиуса камеры, а цилиндрический элемент выполнен в виде телескопически соединенных между собой набора труб.

Все вышеприведенные устройства сложны конструктивно, значительно энергоемки и занимают значительную площадь. Следовательно, известные способы утилизации сельскохозяйственных отходов, позволяющие обезвредить (уничтожить семена нежелательных сорных растений) и обеззаразить (уничтожить патогенную флору и фауну, а также микрофлору) отходы сельскохозяйственного производства, в частности овощеводства, являются нерентабельными. Это подтверждается, в частности, фактом отсутствия широкого распространения устройств приведенного выше типа.

Наиболее близким аналогом разработанного способа можно признать (RU, патент 2028999) способ обеззараживания и обезвреживания отходов овощеводства. Согласно известному способу формируют бурт из отходов овощеводства и навоза сельскохозяйственных животных с использованием для обеззараживания дождевых червей.

Недостатком известного способа следует признать его низкую эффективность.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного способа, состоит в обеспечении возможности утилизации отходов овощного производства.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в повышении его эффективности, выражающемся в практически полном уничтожении как нежелательных семян в продукте переработки отходов овощеводства, так и патогенной флоры и микрофлоры.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ обеззараживания и обезвреживания отходов овощеводства. Согласно разработанному способу на естественном грунте вне помещения формируют бурт, в состав которого входят отходы овощеводства и помет сельскохозяйственных животных, поверхность бурта закрывают мульчирующим естественным материалом, обеспечивающим доступ воздуха и влаги к поверхности бурта, и выдерживают бурт в течение, по меньшей мере, одного полевого сезона. Поскольку бурт расположен на естественном грунте, то на запах разлагающихся естественным путем частей растений мигрируют компостные дождевые черви, принося с собой культуры микроорганизмов, составляющих вместе с дождевыми червями сообщество. Сообщество компостных дождевых червей и микроорганизмов естественным путем перерабатывает отходы овощеводства с уничтожением как патогенной флоры и микрофлоры, так и семян сорных растений. После завершения процесса отделяют от дискретного содержимого бурта твердые предметы.

Получаемый продукт не содержит нежелательных примесей и может быть использован по любому сельскохозяйственному назначению или в комнатном цветоводстве.

В состав бурта к отходам овощеводства можно дополнительно ввести стебли растений типа бурьяна или крапивы, а также растительные отходы - кору деревьев, листву, ветки. Поскольку стебли и растительные отходы медленно перегнивают под воздействием микроорганизмов, то желательно в конце стадии выдерживания бурта отделить указанные неперегнившие растительные материалы и положить их в новый бурт отходов овощеводства. К отходам овощеводства могут быть также добавлены и отходы садоводства (некондиционные фрукты, а также листва фруктовых деревьев).

Предпочтительно готовить бурты высотой 35-45 см. Как было экспериментально установлено, бурты отходов растениеводства именно такой высоты могут быть обезврежены и обеззаражены в течение одного сезона.

Для сохранения наилучших условий обезвреживания и обеззараживания прикрывают бурт слоем мульчирующего материала, причем в качестве мульчирующего материала используют солому, отходы сена толщиной 4-6 см.

Отходы овощеводства предпочтительно представляют собой ботву, клубни и корнеплоды, отходы бахчевых культур.

В ходе процесса обезвреживания и обеззараживания в бурт могут дополнительно вводить обрабатываемые отходы овощеводства. В этом случае желательно дополнительно вводимые отходы укладывать на боковые поверхности бурта, увеличивая его площадь, а не высоту.

Для большей эффективности процесса обезвреживания и обеззараживания желательно поддерживать в бурте влажность 75-90%. В засушливые годы желательно периодически поливать бурт водой, желательно теплой.

Разработан процесс переработки сельскохозяйственных отходов с одновременным их обезвреживанием и обеззараживанием с одновременным получением высококачественных органических удобрений и биомассы почвообразующих организмов методом компостирования, причем получаемые высококачественные органические удобрения полностью очищены от вредителей сельского хозяйства, а также семян сорных растений.

Особенностью разработанного способа является использование трех типов дождевых червей, изначально присутствующих в природе, а также сопутствующих им микроорганизмов. Первоначально в многослойную гряду на запах гниющих отходов сельскохозяйственных культур приходят компостные черви, входящие в сообщество с микроорганизмами, способными разлагать отходы сельскохозяйственного производства (ботва культурных растений, сорные растения, клубни, корнеплоды, зерно и т.д.), а также навоз сельскохозяйственных животных и птиц. Сообщество компостных дождевых червей и микроорганизмов способно при благоприятных внешних условиях (температура окружающей среды, влажность, наличие доступа воздуха) переработать в течение сезона примерно сорокасантиметровый слой смеси навоза и сельскохозяйственных отходов. При этом происходит активное размножение компостных дождевых червей и культур микроорганизмов и образование, как продукта жизнедеятельности сообщества, биогумуса. При образовании значительного количества биогумуса под многослойную гряду приходят поверхностные почвенные дождевые черви, питающиеся биогумусом, образованным компостными дождевыми червями и микроорганизмами. Поверхностные дождевые черви частично затаскивают как частицы биогумуса, так и продукты его переработки поверхностными дождевыми червями в приповерхностный слой почвы под многослойной грядой и в ее окрестности.

Одновременно с этим поверхностные дождевые черви, находящиеся в области многослойной гряды, заполняют свои поры биогумусом из многослойной гряды, а также продуктами своей жизнедеятельности. При этом активно происходит процесс размножения поверхностных червей и присущих им сообществ микроорганизмов. На запах биогумуса и продуктов его переработки в приповерхностный слой почвы в область многослойной кучи поднимаются глубинные почвенные дождевые черви, которые в свою очередь осуществляют рыхление грунта, обогащение его биогумусом и продуктами его переработки, а также минералами, привнесенными ими из глубины почвы. В процессе жизнедеятельности дождевых червей всех типов происходит уничтожение находящихся в отходах овощеводства и навозе семян сорных растений, а также патогенной микрофлоры и фауны, что обеспечивает обеззараживание и обезвреживания отходов овощеводства.

Предпочтительно высота многослойной гряды составляет 35-45 см. Это количество материала за полевой сезон способно переработать сообщество дождевых червей и почвенных микроорганизмов.

Иногда для ускорения процесса развития сообщества около многослойной гряды подсаживают компостных и почвенных червей, а также эффективные почвенные микроорганизмы. Практически, если не происходит непредвиденных действий типа пожара или наводнения, а также техногенной катастрофы, процедуру подсадки осуществляют только при инициировании способа. Стадия подсадки может быть осуществлена также для случая реализации способа в неблагоприятных внешних условиях, когда сезон развития червей оказывается слишком короток, и поголовье дождевых червей в многослойной куче за один сезон не успевает развиться до необходимого для расползания количества.

Желательно, чтобы на поле севооборота, на котором расположена многослойная гряда с отходами овощеводства, были выделены технологические дорожки, применяемые для передвижения по полю сельскохозяйственной техники. При этом не желательно передвижение сельскохозяйственной техники по полю вне указанных дорожек. Это обусловлено тем фактом, что миграция поверхностных и глубинных дождевых червей через уплотненный давлением сельскохозяйственный грунт затруднена. Дождевые черви будут легче мигрировать через неуплотненный грунт.

Поскольку дождевые черви очень чувствительны к наружной температуре и влажности окружающей среды, желательно осуществлять мульчирование поверхности протяженного бурта и многослойной гряды. Это позволяет сохранить практически постоянную влажность под слоем мульчирующего материала. Для мульчирования предпочтительно использовать слой соломы или ботвы растений толщиной 4-6 см. В случае подгнивания мульчирующего слоя со сторону бурта или гряды желательно снаружи увеличить мульчирующий слой.

Для увеличения качества компостируемого органического материала необходимо обеспечить многократное поедание органики в пищевой цепочке - микроорганизмы → черви → микроорганизмы → черви → микроорганизмы → черви…..

С этой целью органика должна быть предоставлена почвенным сообществам, включающим микроорганизмы и червей, на длительный срок, составляющий не менее 6 месяцев. Только при таком условии в компосте оптимально увеличивается концентрация микроорганизмов, дождевых червей и биологически активных веществ. Значительное количество этих компонентов и делает компост особо ценным органическим удобрением. Для практического осуществления указанной схемы необходимо использовать разработанную технологию превращения органического сырья в биомассу, насыщенную почвенными организмами, а также создать все условия для жизни и развития указанных организмов, которые могут жить только в условиях почвы.

Большое значение имеет выбор участка, на котором будет реализована разработанная технология обеззараживания органических отходов.

Участок должен располагаться вблизи (не свыше 50-100 м) от нетронутого хозяйственной деятельностью человека природного ландшафта, в крайнем случае, мало затронутого деятельностью человека (пастбище, сенокос, участок поля, граничащий с оврагом, лесом и т.д.). Выбранный участок желательно охранять от излишнего посещения людьми, не участвующими в производстве высококачественного органического удобрения, исключить проходы значительного количества людей, прогонов скота, прохода колесной и гусеничной техники.

Площадь выбранного участка должна обеспечить его работу в течение более 3-5 лет и должна составлять не менее одного гектара. Однако желательно для уверенного использования технологии использовать участок площадью до 10 гектаров.

Необходимо использовать ровную территорию, без оврагов, канав, пригорков и других неровностей. Уклон участка допускается незначительный. В том случае, если уклон участка невозможно избежать, то желательно использовать минимальный уклон.

Необходимым условием реализации разработанного способа является прилегание используемого участка к полю севооборота сельскохозяйственного предприятия или, по крайней мере, используемый участок должен быть расположен вблизи поля севооборота.

Освоение участка начинают с организации территории, причем переработке органического сырья методом компостирования предшествует стадия работ по созданию инкубатория (маточника) для разведения почвенных организмов. Для инкубатория выделяют площадку площадью примерно 500 м². На выделенной площадке создают первые компостеры - многослойные гряды по 20-30 м² каждая для планомерного заселения их сообществами почвообразующих организмов. На соседней площадке площадью примерно около одного гектара размещают контуры будущих буртов для компостирования, а также оставляют свободные площадки для последующего подсева многолетних трав. Для отпугивания грызунов, поедающих дождевых червей, желательно высаживать донник белый и донник желтый. В дальнейшем травостой многолетних растений регулярно подкашивают в течение вегетационного периода. Скошенную траву используют в качестве мульчирующего покрытия многослойных гряд и буртов, а также в качестве добавки к компостируемой массе. Для компостирования можно использовать как свежескошенную траву, так и подсушенную.

На площадках инкубатория и компостных буртов располагают постоянные технологические дороги. Суммарно территория, занятая под дороги, бурты и инкубаторий, не должна превышать половины площади участка. Это обязательное условие для обеспечения жизни почвенных организмов, поскольку они могут функционировать только при наличии цепочек: атмосфера + почва + растения + почвообразующие организмы + органическое вещество для усвоения.

На территории необходимо разместить вагончики или административно-бытовые помещения для отдыха, укрытия от дождя, для хранения инструментов, спецодежды и других целей.

Поскольку на участке необходимо присутствие растений (многолетних трав), то по возможности бурты и инкубаторий длинными сторонами желательно располагать вдоль направления «север - юг» для создания лучшей освещенности растений. При наличии на участке уклонов длинные стороны буртов и инкубатория желательно располагать поперек склона, а освещенность многолетних трав увеличить за счет расширения полос, занятых многолетними травами. Это позволит предотвратить поверхностный сток и создать наилучшие условия роста многолетних трав.

При подготовке инкубатория необходимо смоделировать условия обитания почвенных организмов в природе. В природных условиях каждый вид существует при наличии всех комфортных условий его жизни - место жизни, пища, тепло, влажность, защищенность от врагов, защищенность от вредных факторов. Компостная куча, многослойная гряда, бурт должны максимально соответствовать комфортным условиям обитания почвенных организмов в природе. Обязательным условием при укладке указанных сооружений на территории инкубатория является отсутствие искусственных сред обитания почвенных организмов, а именно ящиков, бетонированных ям, бетонированных полов и т.д. Инкубаторий, как и бурт, должен располагаться на почве в окружении живых растений.

Толщина слоя компостируемого материала должна обеспечивать аэробные условия, между почвой и слоем компостируемого материала лучше всего постелить слой соломы толщиной около 5 см, что позволит улучшить аэрацию. Со всех сторон слой компостируемого материала желательно укрыть слоем соломы толщиной около 5 см. Этот слой защитит от солнечной радиации и обеспечит доступ воздуха и влаги, одновременно сохраняя влагу компостируемого материала.

В компостируемый материал можно добавить готовый компост, что позволяет ускорить процесс размножения почвенных организмов. Однако в естественных условиях происходит процесс миграции соответствующих организмов из почвы в компостируемый материал инкубатория. В бурты почвенные организмы могут мигрировать как из почвы под буртом, так и из перенаселенного инкубатория. Иногда для ускорения компостирования желательно ввести в компостируемый материал культуры эффективных микроорганизмов, имеющихся в продаже. Также, кроме естественной миграции дождевых червей всех типов из окружающей среды, можно поместить в почву около компостируемого материала дождевых червей различных типов. Для наибольшей эффективности компостирования желательно использовать дождевых червей нескольких видов, поскольку каждый вид дождевых червей специализирован на переработке определенного вида органики и у каждого вида дождевых червей свои присущие данному виду микроорганизмы.

Начало поедания микроорганизмами и червями компоста означает полную безвредность и безопасность компостируемых материалов.

Компостирование происходит следующим образом. Вначале органические отходы и навоз съедают микроорганизмы, затем в компостной куче (многослойная гряда, инкубаторий, бурт) поселяются компостные дождевые черви. В предпочтительном варианте они мигрируют в компостную кучу из окружающей среды. Компостные дождевые черви съедают не только органические отходы и навоз, но и продукты метаболизма микроорганизмов. После переработки компостными дождевыми червями значительной части компостной кучи в компостную кучу мигрируют почвенные дождевые черви, которые, перерабатывая продукты метаболизма компостных дождевых червей, растаскивают его и продукты своего метаболизма по почве, улучшая тем самым плодородие почвы.

Популяция компостных дождевых червей, проделывая свои ходы, наращивает в компосте количество капролитов (специфические выделения дождевых червей) и одновременно оптимизирует среду своего обитания (компост) по соотношению «влага - воздух». При наличии компостных дождевых червей в компосте улучшаются условия аэрации компостируемого материала.

Почвенные дождевые черви проникают в компост, уже переработанный микроорганизмами и компостными дождевыми червями, снизу, из почвы и возвращаются в почву. Они уходят из компоста в почву, захватывая частички готового компоста, принося из почвы в компост частицы почвы. Таким образом, происходит перемешивание слоев: почва ↔ компост. При этом компост обогащается выделениями почвенных червей и сопутствующих им микроорганизмов, а также минералами, а почва - продуктами компостирования.

После почвенных дождевых червей в компост начинают проникать со стороны почвы и глубинные дождевые черви. Они также переносят минералы и свои выделения в компост и перемещают частички готового компоста в почву, осуществляя перемешивание компоста и почвы.

При появлении в готовом компосте почвенных и тем более глубинных дождевых червей можно увеличить толщину компостируемого материала (многослойной гряды или бурта) путем добавления навоза сельскохозяйственных животных и органических отходов. Куча компостируемого материала начинает расти в высоту.

Однако экспериментально установлено, что высота готового компоста не должна превышать один метр.

Каждый новый слой добавленного материала необходимо укрывать мульчирующим слоем. При подготовке многослойной гряды и буртов к зимним условиям толщину мульчирующего слоя необходимо увеличить до 20-25 см. Это позволит на больший период времени бурту оставаться защищенным от холода, что увеличит период работы обитателей бурта и способствует повышению количества полезных компонентов в готовом компосте.

Способ включает формирование бурта, в состав которого входят отходы овощеводства и навоз сельскохозяйственных животных с использованием для обеззараживания и обезвреживания дождевых червей. Для обеззараживания и обезвреживания отходов используют три типа дождевых червей, один из которых относится к компостным, а два других - к почвенным. Бурт формируют на естественном грунте вне помещения высотой 35-45 см. Поверхность бурта закрывают слоем соломы толщиной 4-6 см, обеспечивающим доступ воздуха и влаги к поверхности бурта. В бурте поддерживают влажность 75-90% и выдерживают бурт в течение, по меньшей мере, одного полевого сезона. После завершения процесса отделяют от дискретного содержимого бурта твердые предметы. Способ обеспечивает как уничтожение нежелательных семян в продукте переработки отходов овощеводства, так и патогенную флору и микрофлору. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ обеззараживания и обезвреживания отходов овощеводства, включающий формирование бурта, в состав которого входят отходы овощеводства и навоз сельскохозяйственных животных с использованием для обеззараживания и обезвреживания дождевых червей, отличающийся тем, что для обеззараживания и обезвреживания отходов используют три типа дождевых червей, один из которых относится к компостным, а два других - к почвенным, причем бурт формируют на естественном грунте вне помещения высотой 35-45 см, поверхность бурта закрывают слоем соломы толщиной 4-6 см, обеспечивающим доступ воздуха и влаги к поверхности бурта, причем в бурте поддерживают влажность 75-90% и выдерживают бурт в течение, по меньшей мере, одного полевого сезона, причем после завершения процесса отделяют от дискретного содержимого бурта твердые предметы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав бурта по мере протекания процесса обеззараживания и обезвреживания дополнительно вводят отходы овощеводства и навоз сельскохозяйственных животных.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав бурта дополнительно вводят кору деревьев, листву, ветки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы овощеводства представляют собой ботву, клубни и корнеплоды.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав бурта во время формирования дополнительно вводят отделенные твердые предметы.