СПОСОБ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ Российский патент 2020 года по МПК C05F3/00 

Изобретение относится к биоконверсии отходов птицеводческих и животноводческих хозяйств, в частности с целью получения экологически чистого и эффективного удобрения.

Современные птицефабрики и животноводческие комплексы, кроме основной продукции, являются источником поступления в природную среду огромного количества отходов в виде продуктов жизнедеятельности животных. Птичий помет и навоз являются ценными органическими удобрениями, содержащими большое количество питательных для почвы и растений веществ. Однако без предварительной обработки данный вид удобрения может нанести существенный вред как возделываемым растениям, так и экологической обстановке в целом.

Лежалый птичий помет и навоз выделяют ядовитые газы – сероводород, аммиак, метан; содержит опасные для человека нитраты, сульфиды, соли тяжелых металлов, радионуклиды, антибиотики, пестициды, а также яйца гельминтов, кишечную палочку, сальмонеллу, споры вредоносных растений.

Значительный ущерб окружающей среде наносит хранение и применение необработанного навоза и помета. Это приводит к загрязнению грунтовых и поверхностных вод, воздуха.

В связи с этим разработка эффективных технологий утилизации органических отходов животноводства и птицеводства является актуальной задачей.

В настоящий момент одним из самых экономичных и эффективных способов их переработки является ферментация с получением органических удобрений разных форм. Ферментация органической массы – процесс, в котором происходит преобразование исходного сырья в продукт с использованием биохимической деятельности микроорганизмов или изолированных клеток.

Из уровня техники известны способы микробиологической переработки навоза и помета.

Известно жидкое биоорганическое удобрение (патент РФ № 2248955, опубл. 27.03.2005г, МПК C05F3/00), характеризующееся следующим способом получения: исходное сырье (птичий помет) поступает в приемный бункер, откуда насосом закачивается в промежуточную емкость. Из промежуточной емкости сырье насосом-дозатором подается в биореактор, где происходит метановое (анаэробное) сбраживание исходного сырья в диапазоне температур от +40 до +56°С. Микробиологическая закваска вносится в сырье однократно на стадии запуска биореактора. Закваска готовится анаэробной (метановой) ферментацией свежих коровьего и конского навоза, а также гусиного помета, взятых в соотношении: 1:(1,5...2,5):(2,5...3,5). Переработанный помет - готовое удобрение - самотеком сливается из биореактора в бункер готовой продукции.

Недостатком известного способа является необходимость использования в качестве закваски коровьего и конского навоза, а также гусиного помета, что ограничивает его применение, поскольку подразумевает наличие этого сырья в доступной близости в нужном объёме. Доставка же компонентов для приготовления закваски, может существенно увеличить как сроки производства, так транспортные расходы.

Известен способ, где осуществляют послойную укладку помета и влагопоглощающего органического материала, с введением штаммов микроорганизмов (патент РФ №2445295, опубл. 20.03.2012, МПК С05F 3/00).

Известен способ биологической переработки птичьего помета, предусматривающий смешение птичьего помета с влагопоглощающим материалом и последующим продуванием кислородсодержащим газом, в котором процесс ферментации осуществляют в реакторе за счет микроорганизмов, исходно находящихся в помете в течение 70-90 часов, причем перед загрузкой помет с влагопоглощающим материалом нагревают (см. SU Авторское свидетельство №1749217, МПК C05F 3/00, 1992).

Известен способ получения органических удобрений из птичьего помета и навоза животных (патент РФ №2629589, опубл. 30.08.2017 г.), непосредственно в помещении содержания путем обработки помета/навоза микробиологическим комплексом «Байкал ЭМ1», отличающийся тем, что обработку производят предварительно активированным симбиотическим микробиологическим комплексом «Байкал ЭМ1» или его модификациями, причем предварительное активирование осуществляют путем приготовления комплекса на воде, подвергнутой кавитационной обработке ультразвуковой частоты и/или путем добавления биостимулятора «Биостим». (принято за прототип)

Недостатками известных способов является сложность технологического процесса по организации переработки птичьего помёта в органическое удобрение, и низкая заявленная эффективность на проведённых полевых испытаниях. Получаемое удобрение имеет форму почвогрунта, поэтому внесение возможно лишь осенью, путём разбрасывания с помощью специальной техники или весной путём разбрасывания с помощью специальной техники с последующей заделкой культиватором. Внесение удобрения в такой форме в полевых условиях во время вегетации не возможно. Кроме того, с учётом того, что для эффективной отдачи по урожаю на 1 Га требуется в среднем минимум 0.7 тонн данного удобрения, с экономической точки зрения данный способ внесения является затратным, из-за большого объема, перевозимого к полям удобрения.

Технической задачей заявляемого технического решения является разработка способа безопасной переработки органических отходов в удобрения.

Техническим результатом заявляемого изобретения является простой способ получения эффективного и безопасного биоорганического удобрения в жидкой и пастообразной форме с сохраненной мезофильной микрофлорой.

Технический результат достигается тем, что способ микробиологической переработки органических отходов включает их обработку микробиологическим препаратом, при этом органические отходы предварительно ферментируют в гуртах при температуре 50-60°С, после загружают их в ферментер совместно с не хлорированной водой и микробиологическим препаратом при следующем соотношении компонентов: 35-60 масс.% биоорганических отходов, 25-45 масс.% не хлорированной воды и 15-35 масс.% микробиологического препарата и осуществляют процесс ферментирования при температуре 25-33°C в течение 3-4 дней с последующей сепарацией биомассы на жидкую и пастообразную формы.

Заявляемое изобретение позволяет внедрять способ переработки биогенных органических отходов, птичий помёт, перепелиный помёт, навоз крупно-рогатого скота и т.п. методом ферментации, при котором получают из отходов безопасное биоорганическое удобрение нескольких типов с сохраненной мезофильной микрофлорой.

Способ микробиологической переработки органических отходов включает следующие стадии:

1. Загрузка компонентов в открытый ферментер в следующем соотношении:

Предварительно ферментированные биоорганические отходы 35– 60 масс.%;

Не хлорированная вода 25- 45 масс.%;

Биоактиватор 15- 35 масс.%.

2. Фаза ферментирования при температуре 25-33°C,

3. Фаза фильтрации полученной смеси, после достижения точки готовности.

4. Сепарирование полученной биомассы на жидкую и пастообразную формы, с целью отделения крупных частиц и прочих включений.

Биоорганические отходы (птичий помёт, навоз КРС, МРС и т.п.) предварительно ферментируют в гуртах при температуре 50-60 °С.

В качестве биоактиватора для переработки органических отходов, применяют микробиологические препараты, например, биопрепараты «Аква ЭМ 1»ТУ 9291-004-80909463-2013, «Байкал ЭМ-1» ТУ 9291-001-50710575-00, «Восток ЭМ-1» - ТУ 9291-001-65451587-05. Данные препараты представляют собой комбинацию аэробных и анаэробных бактерий, состоящих из трёх основных групп:

- Молочнокислые бактерии,

- Фотосинтезирующие (фототрофные) бактерии,

- Дрожжи.

Молочнокислые бактерии, входящие в биопрепарат, способствует уничтожению большинства патогенных микроорганизмов, среди которых возбудитель сальмонеллеза, кишечная палочка и др., что приводит к обеззараживанию перерабатываемых органических отходов.

Фотосинтезирующие микроорганизмы синтезируют полезные субстанции из органических веществ, такие как аминокислоты, нуклеокислоты, биоактивные субстанции и сахара, способствующие росту и развитию растений. Эти бактерии способствуют обмену веществ, адсорбируются непосредственно в растениях и действуют в качестве основы для повышения количества эффективных бактерий.

Дрожжи синтезируют антимикробные и полезные субстанции, необходимые для роста растений, из аминокислот и сахарозы, биоактивные субстанции, такие, как гормоны и ферменты, которые полезны для молочнокислых бактерий.

Оптимальной температурой для размножения всех этих бактерий является температура в пределах 25-33°С, более 38°С она губительна.

Введение такого сочетания микроорганизмов в биоорганические отходы, приводит к тому, что количество естественных микроорганизмов резко  возрастает, и происходит подавление патогенной микрофлоры. При этом трудно выводимый элемент азот полностью перерабатывается в хелатную форму, что способствует лучшему его усваиванию растениями.

1 пример реализации способа:

Птичий помет складывали в гурт и выдерживали при температуре 50-60°С в течение 15-20 дней.

По окончании указанного времени перемещали в открытый ферментер в следующем соотношении:

Предварительно ферментированный птичий помет– 35 масс.%;

Не хлорированная вода - 40 масс.%;

Биоактиватор «Аква ЭМ 1» ТУ 9291-004-80909463-2013 - 25 масс.%.

После чего осуществляли перемешивание биомассы посредством мешалки, установленной в ферментере.

Вторая фаза ферментирования длилась 3 дня, в ходе которых периодически осуществляли перемешивание смеси мешалкой каждые 3-4 часа по 1-3 мин. и аэрацию посредством продувки воздухом каждые 4-5 часов по 3-5 мин. Процесс осуществляли при температуре не выше 33°С.

После окончания процесса ферментации полученную смесь фильтровали для отделения крупных и мелких частиц с последующей сепарацией полученной биомассы на жидкую и пастообразную формы.

2 пример реализации способа:

Компоненты загрузили в открытый ферментер в следующем соотношении:

Предварительно ферментированный птичий помет– 60 масс.%;

Не хлорированная вода - 25 масс.%;

Биоактиватор «Аква ЭМ 1» ТУ 9291-004-80909463-2013 - 15 масс.%.

После чего осуществляли перемешивание биомассы посредством мешалки, установленной в ферментере.

Фаза ферментирования длилась 3 дня, в ходе которых периодически осуществляли перемешивание смеси мешалкой каждые 3-4 часа по 1-3 мин. и аэрацию посредством продувки воздухом каждые 4-5 часов по 3-5 мин. Процесс осуществляли при температуре не выше 33°С.

После окончания процесса ферментации полученную смесь фильтровали для отделения крупных и мелких частиц с последующим сепарацией полученной биомассы на жидкую и пастообразную формы.

Конечным продуктом являются биоорганические препараты соответствующие ГОСТ Р 53117-2008.

Полученный продукт был испытан на соответствие требованиям ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия». В таблице 1 приведены результаты испытаний удобрения в жидкой форме, в таблице 2- в пастообразной форме.

В таблице 3 приведены микробиологические и паразитологические показатели готового продукта.

Таблица 1. Результаты испытаний удобрения в жидкой форме

№ Наименование показателя Единицы измерения Результат испытаний Допустимый уровень по
ГОСТ Р 53117-2008 Методика определения показателя 1 пример 2 пример 1 Массовая доля питательных веществ в пересчете на естественную влажность -азота % 0,15 0,99 Не менее 0,10 ГОСТ 26715-85 -фосфора общего в пересчете на Р₂О₅ % 0,085 1,23 Не менее 0,1 ГОСТ 26717-85 -калия общего в пересчете на К₂О % 0,089 1,37 Не менее 0,04 ГОСТ 26718-85 2 Массовая доля микроэлементов в удобрении в пересчете на естественную влажность - железо мг/кг 4,82 - - ГОСТ 27395-87 -сера мг/кг 6,62 - - ГОСТ 26490-85 -кальций мг/кг 6,14 - - ГОСТ 26487-85 -магний мг/кг 5,07 - - ГОСТ 26487-85 -бор мг/кг 0,32 - - ГОСТР 50688-94 -медь мг/кг 0,42 - - ГОСТ Р53218-2008 -цинк мг/кг 0,81 - - ГОСТ Р53218-2008 -марганец мг/кг 1,80 - - ГОСТ Р 50682-94 -молибден мг/кг 0,06 - - ГОСТ Р 50689-94 -кобальт мг/кг Менее 0,1 - - ГОСТ Р 50687-94 -хром мг/кг Менее 0,1 - - ГОСТ Р53218-2008 -никель мг/кг 0,04 - - ГОСТ Р53218-2008 3 Массовая концентрация примесей токсичных элементов в пересчете на сухое вещество -свинца мг/кг Менее 1,0 - Не более 130 ГОСТ Р53218-2008 -кадмия мг/кг Менее 0,1 - Не более 0,5 ГОСТ Р53218-2008 -ртути мг/кг 0,011±0,002 - Не более 2,1 ГОСТ 26927-86 -мышьяка мг/кг 1,59±0,29 - Не более 10,0 МУ №31-11/05 4 Размер частиц удобрений мм Менее 1,0 - Не более 10 ОСТ 70.7.2-82

Таблица2. Результаты испытаний удобрения в пастообразной форме

№ Наименование показателя Единицы измерения Результат испытаний Допустимый уровень по ГОСТ Р 53117-2008 Методика определения показателя 1 пример 2 пример 1 Массовая доля питательных веществ в пересчете на естественную влажность -азота % 1,28 0,36 Не менее 0,7 ГОСТ 26715-85 -фосфора общего в пересчете на Р₂О₅ % 1,36 0,71 Не менее 0,5 ГОСТ 26717-85 -калия общего в пересчете на К₂О % 0,34 0,40 Не менее 0,3 ГОСТ 26718-85 2 Массовая доля микроэлементов в удобрении в пересчете на естественную влажность - железо мг/кг 4235,91 3885,03 - ГОСТ 27395-87 -сера мг/кг 25,47 12,92 - ГОСТ 26490-85 -кальций мг/кг 6428,14 5548,11 - ГОСТ 26487-85 -магний мг/кг 5157,33 5193,25 - ГОСТ 26487-85 -бор мг/кг 1,8 2,6 - ГОСТР 50688-94 -медь мг/кг 16,01 46,40 - ГОСТ Р53218-2008 -цинк мг/кг 109,75 140,56 - ГОСТ Р53218-2008 -марганец мг/кг 440,62 397,68 - ГОСТ Р 50682-94 -молибден мг/кг 0,25 0,36 - ГОСТ Р 50689-94 -кобальт мг/кг 2,43 2,28 - ГОСТ Р 50687-94 -хром мг/кг 0,56 0,82 - ГОСТ Р53218-2008 -никель мг/кг 5,23 6,30 - ГОСТ Р53218-2008 3 Массовая концентрация примесей токсичных элементов в пересчете на сухое вещество -свинца мг/кг 32,89 2,83 Не более 130 ГОСТ Р53218-2008 -кадмия мг/кг Менее 0,1 0,14 Не более 0,5 ГОСТ Р53218-2008 -ртути мг/кг 0,073±0,015 0,039±0,008 Не более 2,1 ГОСТ 26927-86 -мышьяка мг/кг 1,83±0,33 1,27±0,23 Не более 10,0 МУ №31-11/05 4 Размер частиц удобрений мм 8 6,5 Не более 50 ОСТ 70.7.2-82

В таблице 3 приведены микробиологические и паразитологические показатели готового продукта.

Таблица 3

Показатели Единица измерения Результаты испытаний жидкой формы удобрения Результаты испытаний пастообразной формы удобрения Норма по СанПиН 2.1.7.1287-03 Индекс БГКП (Бактерии группы кишечной палочки) кл. в 1 г 1 (чистая) 2 (чистая) Чистая 1-10,
Умеренно-опасная 10-100,
Опасная 100-1000,
Чрезмерно-опасная 1000 и более Индекс энтерококков кл. в 1 г 2 (чистая) 3 (чистая) Чистая 1-10,
Умеренно-опасная 10-100,
Опасная 100-1000,
Чрезмерно-опасная 1000 и более Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы, кишечная палочка, протей, клостридий Не обнаружено Не обнаружено Не допускается Цисты кишечных патогенных простейших, яйца и личинки гельминтов экз/кг Не обнаружено Не обнаружено Чистая 0,
Умеренно-опасная до 10,
Опасная до 100,
Чрезмерно-опасная более 100 Личинки и куколки мух Экз. на площади 20x20 см Не обнаружено Не обнаружено Чистая 0,
Умеренно-опасная Л до 10, К отсутствие

Исходя из полученных данных, готовый продукт является безопасным по всем микробиологическим и паразитологическим показателям. Кроме того, готовый продукт соответствуют по всем показателям требованиям ГОСТ Р53117-2008.

Преимущества способа по заявляемому изобретению.

- использование заявляемого способа позволяет переработать органические отходы птицефабрик и животноводческих комплексов в эффективное и экологически безопасное удобрение;

- получаемые биоорганические удобрения имеют две формы, жидкую и пастообразную (мульча). Удобрение в жидкой форме можно использовать с помощью стандартной поливочной техники в полевых условиях как в предпосевной, так и в вегетационный период по всходам. Пастообразная форма удобрения может быть эффективно использована в виде мульчи под посадками плодово-ягодных культур;

- заявляемый способ ферментации позволяет ускорить процесс переработки с минимально возможными издержками на получение органического удобрения;

- заявляемый способ повышает эффективность применения микробиологических препаратов для процесса ферментации.

Изобретение относится к биоконверсии отходов птицеводческих и животноводческих хозяйств. Способ микробиологической переработки органических отходов включает их обработку микробиологическим препаратом. Органические отходы предварительно ферментируют в гуртах при температуре 50-60°С, после загружают их в ферментер совместно с не хлорированной водой и микробиологическим препаратом при следующем соотношении компонентов: 35-60 масс.% биоорганических отходов, 25-45 масс.% не хлорированной воды и 15-35 масс.% микробиологического препарата. Осуществляют процесс ферментирования при температуре 25-33°C в течение 3-4 дней с последующей сепарацией биомассы на жидкую и пастообразную формы. Техническим результатом является упрощение способа получения эффективного и безопасного биоорганического удобрения в жидкой и пастообразной форме с сохраненной мезофильной микрофлорой. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ микробиологической переработки органических отходов, включающий их обработку микробиологическим препаратом, отличающийся тем, что органические отходы предварительно ферментируют в гуртах при температуре 50-60°С, после загружают их в ферментер совместно с не хлорированной водой и микробиологическим препаратом при следующем соотношении компонентов: 35-60 масс.% биоорганических отходов, 25-45 масс.% не хлорированной воды и 15-35 масс.% микробиологического препарата и осуществляют процесс ферментирования при температуре 25-33°C в течение 3-4 дней с последующей сепарацией биомассы на жидкую и пастообразную формы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют микробиологические препараты «Аква ЭМ-1» ТУ 9291-004-80909463-2013, или «Байкал ЭМ-1» ТУ 9291-001-50710575-00, или «Восток ЭМ-1» ТУ 9291-001-65451587-05.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют периодическое перемешивание биомассы и аэрацию посредством продувки воздухом.