Изобретением является способом приготовления компоста из пищевых, биологических и иных органических отходов в течение 24 часов.
Изобретение относится к области производства удобрений, кормов для животных, обогащенных почвогрунтов и иных веществ путем компостирования, пригодных к использованию в сфере жилищно-коммунального хозяйства, бытовом использовании, сфере услуг (предприятия общественного питания и торговли).
Известен способ получения органических удобрений (см. RU п.2448931, оп. 27.04.2012г.), который наряду с заявленным способом использует для переработки органические отходы (птичий помет и свиной навоз), включает стадии перемешивания и нагревания; вместе с тем указанный способ отличается от заявленного способа тем, что не предполагает использование широкого перечня органических отходов, а не только птичьего помета и свиного навоза, относится только к сельскому хозяйству, не предполагает реализации в рамках компактного компостера (биореактора), а также не предусматривает краткосрочный процесс - реализуется в течение 30 суток; в то время как заявленный способ применим к широкому перечню органических отходов, может быть использован также в сфере ЖКХ, быту, сфере услуг и торговли, позволяет достигнуть технического результата в течение 24 часов.
Известен способ и установка для обработки смеси отходов, включающие разделение и компостирование указанной смеси (см. RU п.2724551, оп. 26.06.2018г.), который наряду с заявленным способом использует для переработки бытовые органические отходы; вместе с тем указанный способ отличается от заявленного способа тем, что предполагает сушку и сортировку обрабатываемой массы, компостирование посредством последовательной реализации нескольких циклов названного способа и не предполагает реализации в компактных установках, в то время как заявленный способ не требует предварительной обработки изначальной массы, предполагает реализацию единичного цикла, может быть технически реализован в компактных устройствах (биореакторах).
Известен способ приготовления многоцелевого компоста (см. RU п.2735294, оп. 29.10.2020г.), который наряду с заявленным способом предполагает стадии нагревания, а также включает аэробную и анаэробную стадии; вместе с тем указанный способ отличается от заявленного способа тем, что предполагает использование ограниченного перечня отходов (проростков полевых сельскохозяйственных культур), предполагает предварительную подготовку массы (проращивание, измельчение, вымачивание), не предусматривает краткосрочный процесс - реализуется в течение нескольких суток; в то время как заявленный способ предполагает использование пищевых, биологических и иных органических отходов, не предусматривает специальной предварительной подготовки массы, реализуется в течение 24 часов.
Задача изобретения в обеспечении наиболее быстрой переработки (в течение 24 часов) широкого спектра органических отходов без их предварительной подготовки (проращивание, измельчение, вымачивание, сортировка и так далее), без добавления специализированных источников бактерий, таких как специальные смеси, препараты, а также живых организмов.
Техническим результатом является получение обогащенного субстрата, пригодного для производства удобрения, кормов для животных, обогащенных почвогрунтов и иных целей, а также экологичная утилизация бытовых органических отходов широкого спектра.
Технический результат достигается за счет того, что заявленный способ представляет собой последовательное применение к массе отходов, состоящей на 2/3 из собранных отходов и на 1/3 из ранее переработанной (компостированной) массы, далее «субстрат», нескольких последовательных стадий.
Компостирование пищевых и биоразлагаемых отходов - экзотермический процесс биологического окисления, в котором органический субстрат подвергается биодеградации смешанной популяцией микроорганизмов, включающих бактерии, археи и грибы. При этом происходит повышение температуры в компостируемом материале до 50-70° C и выше, при относительно низкой влажности: около 85 % в начале процесса, и 20% в конце созревания компоста. В настоящее время компостирование признано экологичным, экономически выгодным способом переработки органических отходов и соответствует концепции разумного потребления и устойчивого развития. Компостирование не представляет угрозу здоровью человека и окружающей среде, поскольку при компостировании не вырабатываются вредные газообразные продукты (NOx, SOx). Полученный в результате переработки отходов компост насыщен гуминовыми кислотами и служит удобрением с высокой агрономической ценностью. Сырьем для производства компоста служат отходы всей пищевой цепочки, от сельского хозяйства и рыболовства, и предприятий пищевой промышленности, до распределительных сетей (магазинов, ресторанов, рынков и т. д.).
Значительное влияние на интенсивность процесса компостирования и скорости окисления органических веществ оказывает температура, влажность компостируемой массы, пористость (мультидисперсность) субстрата, обеспечивающая аэрацию, а также присутствие азота в доступной форме.
Создание идеальных условий (управление процессом компостирования) для ускорения процесса компостирования органических отходов в 200-300 раз и является изобретением (способом компостирования).
Для реализации поставленной задачи создаются условия, в которых природные процессы протекают по заложенному алгоритму, по очереди заставляя работать нужные группы микроорганизмов, обеспечивая процесс компостирования отходов за 24 ч. В процессе компостирования принимают участие множество микроорганизмов: идентифицировано более 2000 известных видов бактерий, не менее 100 видов грибов, также в компосте присутствуют археи. Процесс компостирования мы разделяем на четыре температурные стадии: (1) мезофильная (до 40°С); (2) термофильная (до 60-70°С); (3) остывание (до 40°С); (4) созревание (до разницы не более 10°С между средней температурой массы и температурой окружающей среды).
Процесс компостирования в изменяющихся температурных условиях осуществляется при участии разнообразных микроорганизмов, в основном представителей четырех бактериальных фил: Firmicutes, Proteobacteria, Bacteriodetes и Actinobacteria, которые составляют 85% всех идентифицированных микроорганизмов в компостах.
Принято считать, что температурный режим устанавливается сам, в результате саморазогрева за счет деятельности микроорганизмов и является индикатором процесса компостирования (традиционный метод компостирования).
Принято считать, что при повышении температуры в пределах от10 до 50°С на каждые 10°С процессы размножения микроорганизмов и переработки ими массы ускоряются в сотни раз. При этом в случае сильного повышения температуры компоста (до 65-85°С) снижается скорость биодеградации органического субстрата, поскольку такие температуры выше оптимальных для умеренно термофильных микроорганизмов, простейших и беспозвоночных обитателей компоста. Кроме этого, если зараженный материал подвергается компостированию, количество патогенных вирусов в нем резко снижается на термофильной стадии компостирования, до степени безопасного.
Достигнуть заявленной цели компостирования в ускоренные сроки (за 24 часа), позволяют первые две стадии: мезофильная и термофильная, в то время как стадия остывания и созревания является результатом первых двух процессов деградации и разложения.
Для переработки используется исходная масса, состоящей на 2/3 из собранных отходов и на 1/3 из ранее переработанной (компостированной) массы (субстрат), далее «субстрат».
После загрузки массы в герметичную емкость (биореактор) начинается первый этап компостирования, который предполагает плавный подъем температуры до 40°С. В процесс компостирования включаются мезофильные бактерии, количество которых увеличивается до 107 на 1грамм субстрата. Влажность субстрата при этом составляет максимум 100-85% и понижается за счет выпаривания лишней влаги, подлежащей удалению из емкости (биореактора). Подача воздуха (аэрация) и отведение влаги является важным процессом деградации отходов, позволяющим обеспечить не большой рН (5-6) и предотвращающим образование метана в отходах. За 4-8 часов компостирования температура поднимается до 50-60°С, при этом мезофильная группа бактерий выходит на концентрацию 108 на 1 грамм массы. Работа мезофильной группы бактерий заканчивается, и масса является готовой для дальнейшей обработки термофильной группой бактерий и начинается второй этап переработки, которые классифицируются как экстремальные термофилы, способные расти при температурах выше 80°С (оптимальная температура роста 72°С или выше) и начинается второй этап переработки.
Основной этап деградации массы (второй этап) и превращение в массы в компост, при этом выделяемое тепло в виде пара должно отделяться от массы и выводиться из емкости (биореактора). Для лучшего окисления субстрата необходимо перемешивание массы со скоростью 2 оборота в минуту, что обеспечивает питание кислородом, мультидисперсности -- создание сыпучести субстрата (компоста) и отведением излишней влаги в виде выделяемого пара.
Второй этап преобразования массы в субстрат (компост) длится 8-14 часов, в зависимости от влажности загружаемой массы. Для уменьшения влажности и преобразования массы в субстрат (компост) температура подлежит увеличению от 60-80°С. Термофильная группа бактерий достигает максимальной концентрации 1010 на 1 грамм массы. Результатом разложения субстрата термофильными бактериями становится однородная и сыпучая масса, превращенная в компост. Влажность падает до 30-20%, парение прекращается. Температура снижается до 40°С, процесс перемешивания и насыщение кислородом продолжается до полного цикла (все 4 этапа).
Аэрация и анаэробные условия процесса компостирования. Процесс компостирования, преимущественно аэробный. Поэтому режим и интенсивность аэрации чрезвычайно важны. Однако в компостируемой массе формируются микроаэрофильные и анаэробные микрониши внутри очень мелких частиц, в которых из-за органического поступления кислорода развиваются анаэробные микроорганизмы. Доля анаэробов в общем числе микроорганизмов, участвующих в компостировании, составляют от 1 до 10% микроорганизмов, при этом скорость синтеза и эффективность экзоферментов, синтезируемых анаэробами, могут быть даже выше. Деградация органического вещества в анаэробных условиях включает: расщепление сложных биологических молекул на более простые олего- и мономеры, ферментивное расщепление мономеров до летучих жирных кислот (ЛЖК), спиртов, СО2 и Н2, затем происходит образование непосредственных предшественников метана (ацетата, водорода и углекислоты), затем образуется метана (CH4).
Вместе с тем образование метана при компостировании крайне нежелательно, так как метан является горючим газом и его воспламенение может вызвать возгорание. При периодическом ворошении и продувке воздухом компостной массы анаэробное разложение органических веществ останавливается на стадии образования ЛЖК, снижающих рН среды, СО2 и Н2.
Кроме того, использование названных приемов позволяет сохранить азот в готовом компосте, а значит, повысит агрономической ценности готового субстрата (компоста) и общую энергоэффективность процесса компостирования.
На третьем этапе происходит снижение температуры, и на четвертом этапе, когда происходит созревание компоста, становятся активными актиномицеды (Actinomycetaies) и бактерии, относящиеся к родам семейства Enterobacterias и Pseudomonadaies, которые способствуют более полной деградации остаточного органического сырья. Важную роль играют микроскопические грибы (микромицеды), на активность и рост которых сильно влияет температура. Многие микромицеды инактивируются при понижении температуры (до 55°С), и распространяются по всему объему компостной массы.
Полученный компост имеет высокие агрономические показатели и может применяться в качестве удобрений, производстве кормов и иных отраслях (фигура 1 - физико-химические свойства и состав получаемого субстрата (компоста)».
Применение заявленного способа компостирования ускоряет природные процессы в 200-300 раз, создавая идеальные условия для работы бактерий на каждом этапе деградации отходов.
Заявленный способ позволяет за 24 часа совершить процесс компостирования, который в природных условиях занимает около года.
Применение способа позволяет перерабатывать отходы независимо от погодных, температурных, атмосферных и иных условий, включая географические (место расположения, рельеф), в компактных устройствах (биореакторах), доступных к установке в домах, ресторанах, магазинах, предприятиях сельского хозяйствах различного масштаба (фигура 2 - фотоотчет применения заявленного способа).
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОКОМПОСТА НА ОСНОВЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОТХОДОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОДСТИЛОЧНОГО ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА И НАВОЗА ДОМАШНИХ ЖИВОТНЫХ, ПРИ АЭРОБНО-АНАЭРОБНОЙ ФЕРМЕНТАЦИИ (ВАРИАНТЫ) | 2008 |
|
RU2374211C2 |
Способ приготовления компоста | 2022 |
|
RU2792988C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО БИОГУМУСА | 2023 |
|
RU2815050C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОКОМПОСТА | 2005 |
|
RU2290387C2 |
Способ переработки органических отходов с получением комплексного биоорганического удобрения и активатора компостирования одновременно | 2017 |
|
RU2673738C1 |
СПОСОБ КОМПОСТИРОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПИЩЕВЫХ ОТХОДОВ | 2014 |
|
RU2558223C1 |
СПОСОБ РЕМЕДИАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ГРУНТОВ | 2002 |
|
RU2224604C1 |
УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОСТА | 2003 |
|
RU2248956C1 |
УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОСТА | 1998 |
|
RU2164905C2 |
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ РЫБОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА | 1995 |
|
RU2094412C1 |
Способ приготовления компоста из пищевых и биологических органических отходов в течение 24 ч заключается в том, что для переработки используют массу, состоящую на 2/3 из собранных отходов и на 1/3 из ранее переработанной компостированной массы. После загрузки массы в биореактор осуществляют последовательное компостирование, включающее следующие стадии: мезофильную – предполагающую нагрев массы до 40°С, при влажности 85-100%, с последующим постепенным нагревом массы за 2-4 ч до 50-60°С, термофильную – длительностью 8-14 ч, предполагающую нагревание массы до 80°С, при перемешивании со скоростью 2 об/мин, при которой обеспечивается обработка массы бактериями термофильной группы, остывания – предполагающую естественное снижение температуры массы до 40°С, и созревания – предполагающую естественное снижение температуры массы не более чем на 10°С, превышающей температуру окружающей среды. Техническим результатом является ускоренное получение компоста за 24 ч, пригодного для производства удобрения, кормов для животных, почвогрунтов, а также экологичная утилизация бытовых органических отходов широкого спектра. 2 ил.
Способ приготовления компоста из пищевых и биологических органических отходов в течение 24 ч, характеризующийся тем, что для переработки используют массу, состоящую на 2/3 из собранных отходов и на 1/3 из ранее переработанной компостированной массы, после загрузки массы в биореактор осуществляют последовательное компостирование, включающее следующие стадии: мезофильную – предполагающую нагрев массы до 40°С, при влажности 85-100%, с последующим постепенным нагревом массы за 2-4 ч до 50-60°С, термофильную – длительностью 8-14 ч, предполагающую нагревание массы до 80°С, при перемешивании массы со скоростью 2 об/мин, при которой обеспечивается обработка массы бактериями термофильной группы, остывания – предполагающую естественное снижение температуры массы до 40°С, и созревания – предполагающую естественное снижение температуры массы не более чем на 10°С, превышающей температуру окружающей среды.
Способ непрерывного ускоренного компостирования органических отходов | 2021 |
|
RU2765489C1 |
RU 2051883 C1, 10.01.1996 | |||
Способ переработки органических отходов с получением комплексного биоорганического удобрения и активатора компостирования одновременно | 2017 |
|
RU2673738C1 |
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БИОКОМПОСТА | 2008 |
|
RU2392258C2 |
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОСТА МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ | 1997 |
|
RU2112764C1 |
US 5354349 A1, 11.10.1994 | |||
ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ | 1929 |
|
SU22961A1 |
Авторы
Даты
2024-08-26—Публикация
2023-05-10—Подача