СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО БИОГУМУСА Российский патент 2024 года по МПК C05F9/04 C05F17/05 C05F17/20 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке различных органических отходов, в том числе навоза и помета, в высококачественное биологически активное 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, опубл. 20.04.2006 г.]. Недостатком способа является сложность данного производства.

Известен способ и устройство для переработки компостированного материала, описанный в патенте ЕР 1094048, C 05 F 17/00, опубликованном в 2001 г., в котором конечная переработка свежеприготовленного компоста ускоряется с помощью вермикомпостирования, причем популяция дождевых червей постоянно мигрирует в субстрате вслед за свежим кормом. Процесс является беспрерывным, так как субстрат с червями находится на движущейся основе, имеющей кольцевую, овальную или линейную формы. Переработанный биогумус отбирается в конце цикла, а свежий компост поступает непрерывно в исходную зону, где находится популяция червей. В данном способе переработка компоста происходит непрерывно в автоматическом режиме. Контроль за миграцией биомассы червей осуществляется с помощью сенсорных датчиков. Недостатком способа является сложность и дороговизна 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, опубл. 10.08.2009 г.].

Недостатком известного решения является ограниченность сырья (лузги семян гречихи) для получения биогумуса в промышленных масштабах в связи с высоким их соотношением в субстрате.

Известен способ переработки органических отходов в компост (EP4177237, опубл. 10.05.2023г.). Способ включает ферментацию органических отходов, включающую добавление по меньшей мере одной или нескольких молочнокислых бактерий к органическим отходам, при этом стадию осуществляют в анаэробных условиях и при кислом pH, в результате чего получают ферментированный органический материал; созревание ферментированного органического материала в аэробных условиях; вермикомпостирование созревшего органического материала.

Недостатком известного решения является более низкое качество полученного органического удобрения.

Технической задачей изобретения является разработка способа утилизации органических отходов в высокоэффективное, биологически активное, экологически чистое микробиологическое гумусное удобрение повышенной эффективности и биомассу дождевых червей.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества готового продукта с одновременным позитивным влиянием на популяцию червя.

Технический результат достигается тем, что способ получения биологически активного биогумуса включает ферментацию органических отходов и вермикомпостирование ферментированного продукта, при этом ферментацию осуществляют введением сапрофитных бактерий в аэробных условиях при температуре не выше 50°С, после прохождения термофильной фазы в подготовленный субстрат вносят жидкую крапивную брагу, предварительно приготовленную с добавлением жидкого биогумуса в анаэробной среде, через 72 часа готовый субстрат подвергают вермикомпостированию дождевыми червями для получения биологически активного биогумуса.

Предлагаемый способ получения биогумуса используется для переработки органических отходов, например навоза конского, козъего, крупного рогатого скота и др.

Способ осуществляется следующим образом.

Органические отходы предварительно компостируют при периодическом рыхлении с добавлением аэробных бактерий, полученных путём аэрации жидкого биогумуса (так называемого аэрированного вермичая). После прохождения термофильной фазы компостирования при температуре, не превышающей 50 °С, в готовый для червя компост добавляют заранее приготовленную в анаэробной среде с добавлением жидкого биогумуса крапивную брагу. Через 72 часа и более полученный готовый субстрат заселяют червём с целью последующего получения биологически активного биогумуса.

Отличием данного способа получения биогумуса от других является особый подход к получению субстрата. Перед заселением червём субстрат перенасыщен аэробными и анаэробными почвообразующими микроорганизмами, которые получены заранее из жидкого биогумуса, грибами, а так же полезными микро- и макроэлементами, витаминами (РР, А, С, Е, К, В2, В6), органическими кислотами и др., содержащимися в крапивной браге, которые, в свою очередь, оказывают крайне положительное влияние как на популяцию червя, так и на качество конечного продукта.

В то же время получаемый биологически активный биогумус обладает низкой себестоимостью, так как в качестве сырья используются отходы сельского хозяйства и крапива, получение которой в больших объёмах является задачей легко выполнимой.

Пример осуществления изобретения

Предварительно готовят вермичай из жидкого биогумуса. Для его получения в основе используется вода, предварительно очищенная через систему обратного осмоса. Жидкий биогумус получается из обычного чистого биогумуса высокого качества и чистой воды в соотношении 1:1 по объёму при помощи гомогенизатора (РПА). В очищенную воду добавляется по объёму 10% жидкого биогумуса и 2-3% свекловичной мелассы. Далее при помощи мелкопузырькового донного аэратора производится аэрация полученного состава в течение 24 часов при температуре не ниже 15 °C.

Приготовленный вермичай содержит питательную среду, включающую гуминовые кислоты, фульвокислоты, аминокислоты, витамины, микро- и макроэлементы, гормоны, а также споры почвенных сапрофитных бактерий.

Органические отходы загружают в контейнер или формируют бурты и вводят полученный ранее вермичай в количестве, необходимом для увлажнения субстрата до влажности 50-60%, необходимой для начала экзотермического процесса биологического окисления (компостирования). Введение вермичая позволяет получить более качественный (насыщенный полезной микробиотой) компост на данном этапе.

Для насыщения компоста кислородом и ускорения процесса компостирования осуществляют периодическое рыхление отходов. Таким образом, на первом этапе осуществляют ферментацию сырья сапрофитными бактериями с добавлением питательных веществ, в результате которой сырье теряет агрессивные свойства, гибнут болезнетворные микроорганизмы, которые часто присутствуют в экскрементах животных.

Длительность первого этапа компостирования зависит от ряда факторов, главным образом таких, как тип исходного сырья, его объём и влажность. По этой причине степенью готовности субстрата считается понижение температуры ниже 40 градусов.

Для получения крапивной браги в анаэробной среде основным сырьём является молодая ботва крапивы (без семян). Предварительно производится механическое измельчение с помощью ножевого измельчителя. Далее измельчённая крапива засыпается в ёмкость на 80% по объёму без прессования, и ёмкость на 90% заливается водой, очищенной системой обратного осмоса. Далее добавляется 1% от объёма ёмкости свекловичной мелассы и 4% жидкого биогумуса, полученного механическим путём с помощью кавитационного диспергатора (роторно-пульсационного аппарата). Далее ёмкость герметично закрывается, устанавливается гидрозатвор, и содержимое настаивается при температуре 15-25 градусов в течение не менее 10 дней до полного окончания процесса брожения. При этом два раза в сутки производится перемешивание содержимого без доступа атмосферного воздуха. После содержимое насосом перекачивается в ёмкости для хранения. Важнейшим моментом является недопущение попадания кислорода в ёмкости во время хранения. При заборе браги в ёмкости хранения закачивается двуокись углерода (CO2) под давлением не более 0,5 бар во избежание попадания атмосферного воздуха и, как следствия, проникновения бактерий, грибков и простейших из окружающей среды (контаминации), что неизбежно её испортит. Пригодность к использованию браги легко определяется органолептическим методом - годная брага имеет ярко-жёлтый цвет и очень терпкий, но приятный запах; испорченная брага чёрная, с сильным неприятным запахом и обилием различной плесени на поверхности.

На втором этапе компостирования в полученный на первом этапе компостирования субстрат добавляют приготовленную крапивную брагу. Замечено, что крапивная брага даже в больших концентрациях не оказывает негативного влияния на червя. Поэтому добавлять её можно столько, сколько необходимо для получения оптимальной для червя влажности субстрата при его приготовлении вместо воды (то есть довести влажность субстрата до 70%). После перемешивания субстрата с крапивной брагой осуществляют выдержку субстрата.

Через 72 часа полученный готовый субстрат загружают в вермиреактор непрерывного действия (либо формируют бурты) и производят заселение дождевым червём вида Eisenia foetida для дальнейшего получения биогумуса. Рекомендуется использование вышеуказанного готового субстрата для заселения червём не позднее 1 месяца с момента его получения.

Была проведена серия практических испытаний и наблюдений за процессом вермикомпостирования испытуемого и контрольного образцов. На 1 квадратном метре субстрата, приготовленным вышеуказанным методом после вермикомпостирования общая биомасса червя в среднем на 20% выше, чем на 1 квадратном метре субстрата, приготовленного без предварительного добавления аэробных сапрофитных бактерий и крапивной браги, приготовленной в анаэробной среде с использованием жидкого биогумуса. Этот факт указывает на более качественную переработку субстрата по сравнению с обычными методами. Так же сама крапивная брага, которой был предварительно пропитан субстрат вместо воды, сама по себе является мощным органическим удобрением и стимулятором роста растений, что в совокупности с лучшим вермикомпостированием даёт суммарный положительный эффект при применении на растениях. Так же, поскольку одной из задач является утилизация отходов, была произведена проверка продукта на наличие патогенных микроорганизмов: продукт является безопасным к применению, о чём свидетельствует заключение ветеринарной лаборатории об отсутствии патогенных и болезнетворных микроорганизмов, клеток, энтеробактерий, жизнеспособных яиц личинок гельминтов и цист кишечных патогенных простейших.

Готовый продукт был исследован на соответствие требованиям ГОСТ 34102-2017 «Удобрения органические на основе органогенных отходов растениеводства и предприятий, перерабатывающих растениеводческую продукцию». В таблице 1 представлены результаты испытаний.

Таблица 1- Результаты испытаний готового продукта

№п/п Наименование параметра Наименование нормативного документа на метод испытания Требование ГОСТ 34102-2017 Результат испытания 1 Массовая доля сухого вещества ГОСТ26713-85 - 45,8% 2 Массовая доля органического вещества, на сухой продукт ГОСТ 27980-88 Не менее 25% 27,7 % 3 Массовая доля золы ГОСТ 26714-85 - 72,3% 4 pH_kcl ГОСТ 27979-88 5.5-8.0 ед. 7,7 ед. Массовая доля в продукте с исходной влажностью 5 Аммонийного азота ГОСТ 26716-85 - 0,39 6 Общего азота ГОСТ 26715-85 Не менее 0,30% 1,2 7 Общего фосфора ГОСТ 26717-85 Не менее 0,20% 1,3 8 Общего калия ГОСТ 26718-85 Не менее 0,30% 1,0

Лабораторные анализы и практические испытания показали, что предлагаемый способ позволяет получать полностью натуральный биологически активный биогумус повышенного качества с более выраженным позитивным действием на растения. Так же замечена более ускоренная динамика роста популяции червя и его плотность по сравнению с обычным способом получения биогумуса.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке различных органических отходов, в том числе навоза и помета, в высококачественное биологически активное органическое удобрение. Способ получения биологически активного биогумуса включает ферментацию органических отходов и вермикомпостирование ферментированного продукта. Ферментацию осуществляют введением сапрофитных бактерий в аэробных условиях при температуре не выше 50°С. После прохождения термофильной фазы в подготовленный субстрат вносят жидкую крапивную брагу, предварительно приготовленную с добавлением жидкого биогумуса в анаэробной среде. Через 72 часа готовый субстрат подвергают вермикомпостированию дождевыми червями для получения биологически активного биогумуса. Технический результат заключается в повышении качества готового продукта с одновременной более ускоренной динамикой роста популяции червя. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения биологически активного биогумуса, включающий ферментацию органических отходов и вермикомпостирование ферментированного продукта, отличающийся тем, что ферментацию осуществляют введением сапрофитных бактерий в аэробных условиях при температуре не выше 50°С, после прохождения термофильной фазы в подготовленный субстрат вносят жидкую крапивную брагу, предварительно приготовленную с добавлением жидкого биогумуса в анаэробной среде, через 72 часа готовый субстрат подвергают вермикомпостированию дождевыми червями для получения биологически активного биогумуса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в органические отходы вносят вермичай, содержащий сапрофитные бактерии, гуминовые кислоты, фульвокислоты, аминокислоты, витамины, микро-, макроэлементы и гормоны.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе ферментации осуществляют периодическое рыхление органических отходов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вермикомпостирование осуществляют дождевыми червями вида Eisenia foetida.