СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГУМУСА Российский патент 2015 года по МПК C05F11/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке различных органических отходов, в том числе бесподстилочного (жидкого, полужидкого) навоза и помета в высококачественное органическое удобрение.

Известен способ производства биогумуса, включающий предварительное перемешивание и биотермическое компостирование субстрата, включающего органические рыхлители, заселение увлажненного компоста красными калифорнийскими червями вида Esenia foetida для переработки компоста и отделение червей от увлажненного до 60-65% биогумуса. В качестве субстрата используют смесь непроизводственных отходов убойных животных, например техническую боенскую кровь, кости, шкуры, содержимое преджелудков желудочно-кишечного тракта, например каныги, с органическими рыхлителями, например древесными опилками, бумагой и остаточными пивными или пекарскими дрожжами. Биотермическое компостирование осуществляют в открытом котле путем трехступенчатого гидролиза, первую ступень которого осуществляют путем перемешивания смеси при температуре 40°С в течение 2-3 часов, проваривания при температуре 120°С в течение 2-3 часов и охлаждения смеси до температуры 40°С. Вторую ступень осуществляют путем перемешивания полученной смеси при температуре 40°С в течение 2-3 часов с добавкой равного ей объема неиспользованных пивных или пекарских дрожжей и органических рыхлителей, добавляют водно-спиртовой экстракт ферментов из поджелудочной железы убойных животных, например свиньи, и/или щелочной протеазы Bas.subtilis в соотношении 1:100 или 1:500 с дальнейшим перемешиванием смеси в течение 2-3 часов при температуре 40°С. Третью ступень осуществляют путем стерилизации полученной смеси в течение 2-3 часов при температуре 120°С, просеивания и дальнейшего выпаривания до остаточной влажности 40-60%. Заселение полученного компоста красными калифорнийскими червями осуществляют из расчета 10-15 шт. половозрелых червей на 10 кг перерабатываемого компоста в отдельную емкость, дно которой устилают подстилкой из древесных опилок и песка в соотношении 1:1 с последующей выдержкой в течение 2-3 месяцев до образования биогумуса с устойчивым значением рН, равным 6,0-8,0. Отделение червей от увлажненного биогумуса осуществляют путем использования приманки в виде смеси из бумажной пыли, тонкоизмельченных древесных опилок, мочевины и крахмального клейстера, а полученный биогумус высушивают до влажности 5-15% и используют по назначению [патент RU 2274628, 2006 г.]. Недостатком способа является сложность данного производства.

Известен способ получения вермикомпоста, характеризующийся тем, что субстрат из лузги семян гречихи увлажняют, заселяют червями и компостируют. При подготовке субстрата компоненты органического сырья смешивают до однородного состояния, увлажняют, затем приготовленный субстрат укладывают в контейнер, в котором его выдерживают в течение 15-20 дней. Созревший субстрат заселяют червями и увлажняют до 70%, компостирование осуществляется 4-4,5 мес.В субстрат из лузги семян гречихи дополнительно вводят навоз свиной в соотношении 1:1 [патент RU 2363689, 2009 г.].

Наиболее близким аналогом изобретения является способ утилизации жидкого навоза, заключающийся в том, что на вермиплощадке из твердых органических отходов формируют бурты и поливают их жидким навозом. Между буртами выполняют технологические проезды, затем периодически бурты поливают жидким навозом и выдерживают массу до ее созревания в качестве субстрата для червей, степень готовности которого определяют с помощью дождевых червей. Бурты из готового субстрата до наступления заморозков заселяют дождевыми червями. Технологические проезды заполняют свежими органическими отходами, всю площадь на зиму утепляют. Весной бурты открывают, оставшееся поголовье дождевых червей извлекают из буртов, готовый вермикомпост и дождевых червей увозят с вермиплощадки, а оставшиеся бурты заселяют дождевыми червями, далее цикл утилизации повторяют, выдерживают рН среды в интервале 6,8-7,2, а влажность органических отходов, заполняющих технологические проезды, - в интервале 65-75%. Предлагаемый способ позволяет осуществлять утилизацию жидкого навоза круглогодично и относится к экологически чистым биотехнологиями, не наносящим ущерба окружающей среде [патент RU 2132319, 1999 г.]. Недостатком данного способа является необходимость утепления буртов, нерациональное использование технологических проездов с заполнением их отходами и поддержанием требуемой влажности.

Задачей изобретения является разработка высокоэффективного способа утилизации органических отходов в высокоэффективное экологически чистое микробиологическое гумусное удобрение и биомассу дождевых червей.

Технический результат при использовании изобретения - повышение производительности способа за счет ускорения процесса ферментации, саморазогрева в буртах за счет создания благоприятных условий для развития биотермических процессов, полной глубокой переработки отходов, использования технологических проездов для работы машин и людей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения биогумуса, включающем смешивание твердых и жидких органических отходов на площадке, формирование буртов с выполнением между ними технологических проездов, заселение субстрата дождевыми червями вида Eisenia foetida, после получения целевого продукта и биомассы червей повторение цикла утилизации, согласно изобретению твердые органические отходы используют в количестве 25-30% от объема жидких и полужидких органических отходов, при смешивании в субстрат дополнительно вносят биогумус и речной песок в количестве соответственно 10 кг и 1 кг на 1 т субстрата, формируют бурты шириной 10-12 м, высотой 3-4 м, длиной, равной длине вермиплощадки, причем после заселения червями каждые 15-18 дней дополнительно производят перемешивание субстрата, при минусовой температуре воздуха проводят орошение водой поверхности бурта для создания ледяной корки, а степень готовности субстрата для заселения червями проводят по температуре, влажности и рН субстрата.

Предлагаемый способ получения биогумуса осуществляется следующим образом. Производство биогумуса располагают вблизи животноводческих комплексов на бетонированной (асфальтированной) вермиплощадке (полигоне), размеры которой зависят от количества возобновляемых органических отходов животноводческого комплекса и составляют: ширина 45 м и более, длина 50 м и более, толщина бетонного слоя 0,2-0,24 м, должна выдерживать тяжелую колесную технику. В качестве исходного сырья используют жидкие и полужидкие органические отходы (навоз, помет). В качестве вспомогательных материалов используют твердые органические отходы (солома, древесные опилки, кора, опад листьев деревьев, бумага и т.д.), которые смешивают с исходным сырьем в количестве 25-30% от объема исходного сырья, что позволяет получить рыхлую структуру субстрата и оптимальное соотношении C:N. При смешивании для ускорения ферментации в субстрат добавляют готовый биогумус в количестве 10 кг на 1 т субстрата. Для улучшения перетирания пищи в пищеварительном канале дождевых червей в субстрат при перемешивании добавляют речной песок в количестве 1 кг на 1 т субстрата. Смешивание проводят до гомогенного состояния. Затем субстрат укладывают в бурты, которые формируют поочередно друг за другом (после готовности одного закладывают второй, и так далее) количеством не менее двух шириной 10-12 м, высотой 3-4 м, длина - по длине вермиплощадки, между буртами формируют технологические проезды шириной 10 м. При буртовании проводят механическую очистку навоза от посторонних включений. Для ускорения протекания биотермических процессов, создания более однородной структуры субстрата, предотвращения перегрева и «горения» бурт подвергают двухразовой, а при необходимости дополнительной перебивке. Ферментация в буртах производится круглогодично, при этом необходим постоянный контроль температурного и влажностного режима внутри бурта. Процесс должен происходить при температуре 65-70°С, влажности субстрата 60-70%. При повышении температуры во избежание сгорания, для ускорения протекания биотермических процессов, создания более однородной структуры субстрата, аэрации проводится смешивание субстрата в бурте погрузчиком (переформирование бурта). При снижении влажности в бурте ниже 60% проводят орошение водой, при подсыхании верхнего слоя бурта проводят поверхностное орошение. Орошение буртов проводят отстоявшейся водой с температурой, соответствующей температуре среды внутри бурта. Контроль температуры, влажности и рН среды внутри бурта проводят систематически через каждые 12 часов, контроль за процессом разложения органических веществ, содержащихся в навозе, проводят по температурным замерам на глубине 0,5-1,0 м. Заселение технологической популяции дождевых червей вида Eisenia foetida в подготовленный субстрат проводят осенью до середины октября, весной со второй половины апреля путем нарезания продольных борозд в бурте через каждые 1-1,5 м, глубиной 15-20 см. Необходимая плотность с учетом коконов и ювенильных особей не менее 20 тысяч штук на 1 м² (~1 т биомассы на 350 м²) активной поверхности бурта, что обеспечивает ускоренную переработку. Червей в собственном субстрате доставляют из маточника в специальном контейнере и равномерно распределяют по борозде. После углубления червей в субстрат поверхность бурта увлажняют, что обеспечивает облегчение процесса их акклиматизации и увеличивает отдачу. Вермикультивирование происходит при постоянном контроле температурного, влажностного, кислотного режима в буртах. Определение массовой доли влаги производят по ГОСТ 26713-85;

определение рН производят по ГОСТ 26483-85. Технологический режим наработки сырца 50-60 дней при температуре 16-24°С, влажности субстрата 70-80% и нейтральной реакции среды рН=7,0±0,5. Проводят орошение водой поверхности бурта для создания ледяной корки (панциря) с наступлением минусовой температуры воздуха во второй половине ноября. С сентября по апрель глубокое орошение не проводят. Для аэрации, регулирования влажностного режима, равномерной переработки всего объема субстрата дождевыми червями систематически каждые 15-18 дней производят перемешивание субстрата погрузчиком: перемещение верхнего слоя бурта в нижний слой путем перекладывания. При достижении плотности червей 45-50 тыс. штук на 1 кв. метр и глубину 0,5 метра осенью до конца октября, весной с середины апреля проводят определение степени переработки субстрата и качество биогумуса-сырца. Определение массовой доли органического вещества производят по ОСТ 4647-76; определение обогащенности азотом (C/N) по ГОСТ 26715-85 и ОСТ 4647-76; определение массовой доли клетчатки и белка (протеина) по методу А.Р. Кизель. Биогумус должен соответствовать ТУ-9819-002-21080799-2002. При готовности биогумуса-сырца выполняют выманку червей из буртов, для этого специальные поддоны с сетчатым днем, заполненные подкормкой слоем 10-12 см из свежего субстрата, раскладывают по поверхности бурта. Черви, привлеченные свежей пищей, в течение 3-4 дней сосредотачиваются внутри поддонов. Поддоны с червями перемещают: на вновь подготовленный бурт, в цех по производству белково-витаминных кормовых добавок, расфасовывают в качестве наживки для рыбалки. Повторяют эту процедуру 2-3 раза и выбирают из бурта до 70% взрослых особей. Биогумус-сырец очищают от крупных балластных примесей. Часть биогумуса-сырца вместе с оставшимися дождевыми червями, их коконами и ювенильными особями поставляют потребителям. Полученное органическое удобрение дает начало восстановлению живого вещества почвы и включению процессов самовосстановления плодородия почв, процессов гумусообразования. Также из биогумуса-сырца электрогидравлическим способом получают продукты еще более глубокой переработки: жидкие органические удобрения и биопрепараты для повышения урожайности и улучшения качества продукции в растениеводстве, которые для реализации разливают в полиэтиленовые емкости от 1 до 20 литров. Отжим возвращают в бурт с червями для доработки или вносят в близлежащие сельхозугодия. Срок переработки органических отходов в биогумус составляет 3-3,5 месяцев. Из 1 т субстрата с влажностью 60-70% выходит 600 кг биогумуса 45-50% влажности и 10 кг дождевых червей. Биогумус соответствует ТУ-9819-002-21080799-2002 и имеет следующие показатели:

- содержание сухого вещества - не менее 45%

- содержание органических веществ - не менее 60%

- содержание гуминовых веществ - не менее 20%

- рН соляной вытяжки - 6,5-7,5;

- массовая доля общего азота на сухое вещество не менее 0,7%

- массовая доля калия обменного на К₂О - 0,9%

- массовая доля фосфора общего в пересчете на Р₂О₅ - 0,5%

- массовая доля тяжелых металлов на сухое вещество не более их ПДК для почв;

- бактерии группы кишечной палочки не более - 0,01 титр/г;

- отсутствие яиц и личинок гельминтов.

Предлагаемый способ позволяет быстро и без значительных затрат утилизировать органические отходы, в том числе бесподстилочный навоз, помет птицеводческих фабрик в высокоэффективное экологически чистое микробиологическое удобрение биогумус, получить безотходное высокорентабельное, перерабатывающее весь объем отходов, экологически чистое сельскохозяйственное производство.

Биогумус - продукт жизнедеятельности дождевых червей и сопутствующей микрофлоры. Представляет собой сыпучую, мелкогранулированную массу черно-коричневого цвета, без запаха, обладающую высокой воздухопроводностью и влагоемкостью. Применяется в качестве органического удобрения под все виды сельскохозяйственных культур, в лесоводстве и цветоводстве, регенерации плодородия истощенных и деградированных, ремедиации загрязненных почв, позволяет решить проблему гумусового баланса почв. Удобрение не содержит вредных примесей и не обладает токсичностью. Его использование позволяет получать экологически чистую сельскохозяйственную продукцию. Главное экологическое свойство гумуса - разрушение пестицидов и связывание тяжелых металлов и радионуклидов в почве и воде. При переработке навоза, помета червями уничтожается патогенная микрофлора, а биогумус обогащается полезной для растений сапрофитной микрофлорой, ферментами, витаминами, биологически активными веществами, которые обладают антибиотическими свойствами, препятствуют развитию болезнетворной микрофлоры, подавляют гнилостные процессы, обеззараживают почву. Наряду с процессами гумификации в разлагающихся органических субстратах происходит минерализация сопровождающаяся переходом биогенных элементов в подвижные, доступные высшим растениям формы. В 1 т биогумуса содержится ~45 кг N, P, K и по питательной ценности он значительно превосходит все другие органические удобрения. Внесение биогумуса в почву улучшает ее физико-химические свойства, водный и воздушный режим, уменьшает вредное воздействие кислотности и усиливает жизнедеятельность почвенных микроорганизмов.

Использование биогумуса повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Биогумус обладает пролонгированным действием и эффект от применения сохраняется в течение нескольких лет, при правильном применении и агрономическом контроле включает процессы самовосстановления почвы.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что твердые органические отходы используют в количестве 25-30% от объема жидких и полужидких органических отходов, при смешивании в субстрат дополнительно вносят биогумус и речной песок в количестве соответственно 10 кг и 1 кг на 1 т субстрата, формируют бурты шириной 10-12 м, высотой 3-4 м, длиной, равной длине вермиплощадки, после заселения червями каждые 15-18 дней дополнительно производят перемешивание субстрата, при минусовой температуре воздуха проводят орошение водой поверхности бурта для создания ледяной корки, а степень готовности субстрата для заселения червями проводят по температуре, влажности и рН субстрата. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Использование отличительных признаков способа позволяет повысить производительность способа за счет ускорения процесса ферментации, использования саморазогрева и более полной переработки отходов, использования технологических проездов для работы машин и людей. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ может быть использован в сельском хозяйстве, его получение осуществимо и при использовании реализуется его назначение. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Для получения биогумуса смешивают твердые и жидкие органические отходы на площадке, формируют бурты с выполнением между ними технологических проездов, заселяют субстрат дождевыми червями вида Eisenia foetida, после получения целевого продукта и биомассы червей повторяют цикл утилизации отходов. Твердые органические отходы используют в количестве 25-30% по объему жидких и полужидких органических отходов. При смешивании в субстрат дополнительно вносят биогумус и речной песок в количестве соответственно 10 кг и 1 кг на одну тонну субстрата. Бурты формируют шириной 10-12 м и высотой 3-4 м, длиной, равной длине вермиплощадки. После заселения субстрата червями каждые 15-18 дней дополнительно производят перемешивание субстрата. При минусовой температуре воздуха проводят орошение водой поверхности бурта для создания ледяной корки. Степень готовности субстрата для заселения червями производят по температуре, влажности и кислотности субстрата. Изобретение обеспечивает ускорение процессов ферментации и саморазогрева в буртах.

1. Способ получения биогумуса, включающий смешивание твердых и жидких органических отходов на площадке, формирование буртов с выполнением между ними технологических проездов, заселение субстрата дождевыми червями вида Eisenia foetida, после получения целевого продукта и биомассы червей повторяют цикл утилизации, отличающийся тем, что твердые органические отходы используют в количестве 25-30% от объема жидких и полужидких органических отходов, при смешивании в субстрат дополнительно вносят биогумус и речной песок в количестве соответственно 10 кг и 1 кг на 1 т субстрата, формируют бурты шириной 10-12 м, высотой 3-4 м, длиной, равной длине вермиплощадки, причем после заселения червями каждые 15-18 дней дополнительно производят перемешивание субстрата, при минусовой температуре воздуха проводят орошение водой поверхности бурта для создания ледяной корки, а степень готовности субстрата для заселения червями проводят по температуре, влажности и кислотности субстрата.