Способ переработки пищевых и органических отходов личинкой мухи Hermetia Illucens с получением биогумуса Российский патент 2024 года по МПК C05F17/05 

Изобретение относится к биологической переработке пищевых и органических отходов с применением личинок насекомых с возможностью получения экологического удобрения под сельскохозяйственные культуры.

Пищевые и органические отходы представляют большую биолого-социальную опасность для окружающей среды, нарушают экологию, прежде всего, из-за несовершенства применяемых технологий их переработки. В настоящее время объем органических отходов значительно превышает мощности компаний по утилизации. Большинство таких отходов сжигают или закапывают на полигонах.

Существуют также способы переработки пищевых и органических отходов с использованием личинок различных насекомых. Применение биоконверсии упомянутых отходов позволяет решить важную проблему безотходной промышленной вторичной их переработки с получением экологически чистого ценного продукта и снижением загрязнения окружающей среды.

Теоретические и экспериментальные исследования гумуса в последнее время привлекают все больше внимания ученых разных направлений науки, так как область применения характеристик системы гумусовых веществ постоянно расширяется. Показатели группового и фракционного состава гумуса все чаще используются не только в генетическом и экологическом почвоведении. В научной литературе имеется достаточно много работ, в которых аналитические материалы по составу гумуса привлекаются для решения очень широкого круга проблем: восстановления и повышения плодородия почв, рекультивации нарушенных антропогенным воздействием земель, реконструкции палеопочв и условий древнего почвообразования, вопросов прогноза развития природной среды. Таким образом, получение гумуса с высокими характеристиками качества и безопасности имеют в настоящее время важное значение.

Известен способ переработки органических отходов, включающий культивирование личинок синантропных мух на органических отходах до стадии предкуколок. [RU 2049389, A01K опубл. 10.12.1995]

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ переработки органических отходов, включающий заселение субстрата личинками мух Hermetia illucens II-III возраста для осуществления биоконверсии субстрата с отделением биомассы личинок от полученного биогумуса (патент RU 2654220, опубл. 17.05.2018). Недостатком является низкое качество обеззараживания отходов. Еще одним недостатком является медленная, избирательная и неполная утилизация отходов. Известный факт, что у личинок есть «вкусовые предпочтения» и, если не производить смешивание отходов, то личинки начинают поедать отходы избирательно, в первую очередь отдавая предпочтение наиболее питательным для них веществам.

Технической проблемой заявляемого способа является обеспечение экологичности переработки пищевых и органических отходов, получение высокой степени обеззараживания указанных отходов с получением гумуса с высокими характеристиками качества и безопасности.

Техническими результатами заявленного решения является повышение эффективности обработки отходов личинками мухи Hermetia Illucens, повышение показателей обеззараживания пищевых и органических отходов с получением гумуса с высокими качественными характеристиками.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в способе переработки пищевых и органических отходов личинками мухи Hermetia Illucens с получением биогумуса, включающем заселение субстрата личинками мухи Hermetia Illucens, биоконверсию субстрата и отделение биомассы личинок от переработанного субстрата, согласно заявленному способу пищевые и органические отходы предварительно измельчают и смешивают в однородную биомассу, которую подвергают термообработке методом автоклавирования при температуре 120°С в течение не менее 30 минут, затем заселяют подготовленный субстрат личинками мухи Hermetia Illucens возрастом 3-5 дней из расчета 7-10 особей на 1 см² субстрата.

Предварительное измельчение отходов, их смешивание в однородную массу с последующей термообработкой методом автоклавирования обеспечивает удаление токсинов из отходов. Известно, что клетки большинства бактерий и вирусов погибают в течение 5-30 мин при температуре 55-80°С. Споры Clostridium botulinum погибают через 20-30 мин. при температуре 120°С, токсин ботулизма погибает через 20-30 минут при температуре 120°С. Однородность массы отходов обеспечивает повышение эффективности обработки отходов личинками мухи Hermetia Illucens, поскольку измельчение и смешивание отходов обеспечивает равномерное распределение последних в массе, которую личинки поедают, не имея возможности избирать что-то. Кроме того однородность массы отходов обеспечивает равномерную термическую обработку, что, в итоге, обеспечивает повышение показателей обеззараживания пищевых и органических отходов и получение гумуса с высокими характеристиками качества и безопасности. Способ осуществляют следующим образом.

Подготавливают субстрат. Для этих целей пищевые и органические отходы, такие как остатки, обрезки овощей, фруктов, просроченное, испорченное мясо, молоко, соусы (кетчуп, майонез и т.д.), кондитерские изделия, отходы производства кормов для домашних животных, навоз крупного рогатого скота, птичий, свиной, навоз туши мертвых животных, кровь, отходы пивной дробины, различную шелуху, жмых, испорченные семена, цветы, зерно, пыль элеваторная, сено, трава и пр., помещают в миксер-шредер, производящий измельчение и смешивание в однородную биомассу. Далее биомассу подвергают термообработке методом автоклавирования при температуре 120°С в течение не менее 30 минут. Влажность готового субстрата не должна превышать 80%. Если влажность превышает данное значение, добавляют сухие компоненты, например шелуху зерен, мелкие опилки.

Готовый субстрат помещают в пластиковые ящики, размером 60*40*20 (д*ш*в), высотой слоя 5-10 см. Опытным путем установлено, что это оптимальный размер, на который личинка мухи Hermetia Illucens углубляется за пищей. Температура окружающей среды должна быть в интервале 25-30°С.На личинки мухи Hermetia Illucens не должен поступать прямой солнечный свет. На приготовленный субстрат заселяют личинки мухи Hermetia Illucens возрастом 3-5 дней с момента вылупления, с расчетом 7-10 особей на 1 см² субстрата. Для наиболее оптимального поглощения субстрата личинками, его влажность должна поддерживаться на уровне 60-80%. При потреблении субстрата личинками температура внутри субстрата может достигать 45°С. Данная температура не оказывает негативного влияния на личинки мухи Hermetia Illucens. Личинки активно питаются субстратом около 14-15 дней до перехода к стадии предкуколки. По мере поедания субстрата при необходимости добавляют новые порции подготовленной биомассы. Удельная производительность при заявленной плотности посадки не менее 50 мг (не менее 50 мг субстрата будет перерабатываться одной личинкой за сутки).

Через 14-15 дней личинка мухи Hermetia Illucens достигает стадии предкуколки, при этом она перестает есть и начинает искать сухую затененную среду для преобразования в куколку. Когда примерно 50% личинок мухи Hermetia Illucens перейдет к стадии предкуколок, производят их отделение от переработанного субстрата посредством сит или установки грохочения. В результате получают гумус (порядка 20-30% от объема утилизированной биомассы), личинки мухи Hermetia Illucens и субстрат, не прошедший переваривание личинками.

Субстрат, не переработанный личинками, отправляют обратно в контейнер для питания следующих личинок. Отделенных личинок пропускают через сито с целью отсеивания наиболее крупных личинок, подходящих для дальнейшего разведения.

Полученный заявленным способом гумус имеет следующий примерный химический состав: N - 2-3%; P2O5 - 1-3%; K2O - 1-3%; С - 15-45%; зола - 5-6%; микроэлементы - 1-6%; СаО - 0,7-2%; MgO - 0,3-0,5%; H2O - 20-50%.

Согласно известным сведениям (Орлов Д.С, Бирюкова О.Н., Розанова М.С.Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. 2004. №8 С. 918-926., Органоминеральное удобрение на основе зоокомпоста личинок мухи Черной львинки, цитрогипса и пыли обжиговых печей электрофильтров цементного производства» Университет им. В.И. Вернадского. №3(85). 2022) гумус с указанным химическим составом относят к гумусу с высокими характеристиками качества.

Двойная обработка биомассы методом автоклавирования с последующей биоконверсией личинкой мухи Hermetia Illucens в заявленных пропорциях и сроках обеспечивают высокий уровень показателей обеззараживания пищевых и органических отходов.

Сравнительный анализ показал следующие результаты:

Изобретение относится к биологической переработке органических отходов с применением личинок насекомых с возможностью получения экологического удобрения под сельскохозяйственные культуры. Способ переработки пищевых и органических отходов личинками мухи Hermetia Illucens с получением биогумуса включает заселение субстрата личинками мухи Hermetia Illucens, биоконверсию субстрата и отделение биомассы личинок от переработанного субстрата. Пищевые и органические отходы предварительно измельчают и смешивают в однородную биомассу, которую подвергают термообработке методом автоклавирования при температуре 120°С в течение не менее 30 мин, затем заселяют подготовленный субстрат личинками мухи Hermetia Illucens возрастом 3-5 дней из расчета 7-10 особей на 1 см² субстрата. Техническим результатом является повышение эффективности обработки отходов личинками мухи Hermetia Illucens, повышение показателей обеззараживания пищевых и органических отходов с получением гумуса с высокими качественными характеристиками. 1 табл.

Способ переработки органических отходов личинками мухи Hermetia Illucens с получением биогумуса, включающий заселение субстрата личинками мухи Hermetia Illucens, биоконверсию субстрата и отделение биомассы личинок от переработанного субстрата, отличающийся тем, что пищевые и органические отходы предварительно измельчают и смешивают в однородную биомассу, которую подвергают термообработке методом автоклавирования при температуре 120°С в течение не менее 30 мин, затем заселяют подготовленный субстрат личинками мухи Hermetia Illucens возрастом 3-5 дней из расчета 7-10 особей на 1 см² субстрата.