Способ переработки органических отходов с получением комплексного биоорганического удобрения и активатора компостирования одновременно
METHOD OF TREATING ORGANIC WASTES WITH SIMULTANEOUSLY OBTAINING COMPLEX BIO ORGANIC FERTILIZER AND COMPOSTING ACTIVATOR

Область техники
Изобретение относится к области сельского хозяйства, пищевой и перерабатывающей промышленности, микробиологии, биотехнологии и охране окружающей среды и может быть использовано при переработке органических отходов, а также в получении на их основе биоорганического удобрения и микробиологического активатора компостирования.
Уровень техники
Утилизация органических отходов – насущный вопрос современности во всем мире. В настоящее время одним из самых экономичных и эффективных способов их переработки является компостирование с получением органических удобрений – компостов и биокомпостов. Компостирование органической массы относится к процессу ее разложения микроорганизмами, при котором вследствие повышения температуры гибнет патогенная микрофлора, органический субстрат окисляется до частично гумифицированной формы.
Известно, что для ускорения компостирования отходы обрабатывают специальными микробиологическими препаратами (биопрепаратами) – микробиологическим активаторам (биоактиваторами). Для мезофильных видов микроорганизмов препаратов оптимальной для размножения является температура в пределах 20-37°С, а более 40°С она губительна. Поэтому очевидно, что при компостировании отхода при рекомендуемой для этого процесса температуре не менее, чем 55°С (Туваев В.Н. Технологические процессы и требования к комплексу технических средств для механизированного приготовления компостов на животноводческих фермах и птицефабриках / Дисс. канд.с.-х. наук. Ленинград-Пушкин, 1984. С. 26.) мезофильные микроорганизмы указанных препаратов и подобных видов погибают.
Известно также, что к биоактиваторам относятся и микробиологические удобрения (биоудобрения), например, - «Байкал-ЭМ1», Восток-ЭМ1» и другие (Сухамера С.А. ЭМ-технология – биотехнология XXI века. Сборник материалов по практическому применению препарата «Байкал ЭМ-1»/ Алматы. 2006. С.11.; Северина В.Я. Биопрепарат «Восток-ЭМ1». Теория и практика. / Владивосток. 2009. С.9-11.) . Как биоудобрения их применяют, поливая почву водными «растворами» (суспензия клеток) или изготавливая порошкообразные формы препаратов на их основе и внося в почву. Согласно рекомендациям по их применению, для ускорения компостирования вначале водными «растворами» таких удобрений обрабатывают органические отходы, которые затем компостируются при высоких температурах. Поэтому также очевидно, что при таком способе применения мезофильные микроорганизмы биоудобрений гибнут.
Известно решение, описанное в патенте RU2338731, согласно которому можно получить компост, содержащий стимуляторы роста растений и микроорганизмы, подавляющие фитопатогенов, а также быстро повышать температуру компостирования. Согласно этому способу в качестве добавки используют готовый компост от предыдущей партии с температурой 60-80°С, при которой гибнут мезофильные микроорганизмы биоактиватора, а для получения комплексного органического удобрения компост после переработки выдерживают еще 10-12 дней, и лишь затем вносят указанные добавки, и не используют полученное удобрение в качестве биоактиватора.
Наиболее близким к нашему способу является решение в изобретении RU2343137. Согласно ему, транспортерную ленту, на которую попадает куриный помет, предварительно обрабатывают водным «раствором» микробиологического удобрения «Байкал-ЭМ1». Помет на ленте выдерживают 3 суток при температуре воздуха не меньше +18°С, затем его удаляют, при этом вновь обрабатывая биопрепаратом. Переработанный помет можно применять как органическое удобрение, содержащее в своем составе и микробиологическое удобрение, не подвергшееся действию высоких температур. Однако заявленным способом технически невозможно перерабатывать другие виды отходов (например, смесь опилок и помета, навоз животных и другие), так как первоначально необходимо обрабатывать специальную ленту, которая имеется только в птичниках. Другими недостатками способа являются двукратное применение биопрепарата (обработка ленты и обработка помета при выгрузке), что увеличивает его расход и экономически не целесообразно, а также необходимость создания в помещении температуры не менее +18°С.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка способа переработки биогенных органических отходов методом компостирования, позволяющего получить из отходов биоорганическое удобрение с сохраненной мезофильной микрофлорой и микробиологический активатор (биоактиватор) компостирования для следующих партий органических отходов.
Задача решается путем разработки способа переработки биогенных органических отходов, включающего следующие стадии:
a) компостирование отходов до завершения термофильной стадии и снижения температуры до оптимальной для развития мезофильных микроорганизмов;
b) обработка компостируемой массы, полученной на стадии а), микробиологическим удобрением и/или смесью микробиологических удобрений, содержащих мезофильную микрофлору;
c) перемешивание массы, полученной на стадии b).
В некоторых вариантах изобретения органические отходы представляют собой отходы животноводства, отходы птицеводства.
Также в некоторых частных вариантах изобретения компостирование на стадии а) дополнительно включает внесение микробиологического удобрения и/или микробиологического активатора компостирования и перемешивание.
В некоторых частных вариантах изобретения микробиологический активатор компостирования на стадии а) представляет собой биогенные органические отходы, переработанные описанным способом.
В некоторых частных вариантах изобретения микробиологическое удобрение, используемое на стадии а), представляет собой Восток ЭМ1 и/или Байкал ЭМ1.
В некоторых вариантах изобретения микробиологическое удобрение, используемое на стадии b), представляет собой Восток ЭМ1 и/или Байкал ЭМ1.
В некоторых вариантах изобретения стадия b) способа получения компоста дополнительно включает внесение макро- и микроэлементов, культур микроорганизмов - стимуляторов роста растений.
В некоторых вариантах изобретения переработку осуществляют в буртах и/или ферментерах.
Изобретение также относиться к применению биогенных органических отходов, переработанных описанным способом, в качестве микробиологического активатора компостирования.
В некоторых частных вариантах изобретения микробиологический активатор компостирования используют для компостирования новых партий биогенных отходов по описанному способу переработки отходов.
В результате осуществления изобретения достигаются следующие технические результаты:
- разработан способ переработки биогенных органических отходов методом компостирования, позволяющий получить из отходов эффективное биоорганическое удобрение с сохраненной мезофильной микрофлорой;
- разработан способ компостирования, позволяющий получать биоактиватор для следующих партий органических отходов, который ускоряет процесс компостирования;
- разработан способ компостирования, позволяющий ускорить процесс компостирования и снизить расходы на препараты биоактиваторы компостирования;
- разработан способ, повышающий эффективность применения микробиологических активаторов, в сравнении с традиционным внесением их до начала компостирования.
Подробное описание изобретения
Настоящие изобретение направлено на разработку способа переработки органических отходов методом компостирования с получением биоорганического удобрения, содержащего органическую часть (компост) и микробиологическое удобрение, и используемого одновременно в качестве микробиологического активатора (биоактиватора) компостирования для переработки новых партий отхода. Для этого культуру микроорганизмов (например, в виде микробиологического удобрения) вносят не в отходы, а в компостирующуюся массу в тот момент, когда ее температура после повышения в процессе компостирования уменьшается до значений, оптимальных для развития микроорганизмов, входящих в культуру микроорганизмов (в состав микробиологического удобрения), затем часть полученной таким образом массы равномерно вносят в следующую партию отходов, а оставшуюся часть можно использовать как биоорганическое удобрение. При реализации способа получается микробиологическое удобрение, не подвергшееся воздействию высоких, губительных для его микроорганизмов температур.
Заявленный способ заключается в разделении процессов во времени: микробиологическое удобрение вносят в биогенные органические отходы не до начала компостирования, а в компостирующуюся массу в завершении термофильной стадии, при достижении ею температуры, оптимальной для роста микроорганизмов, входящих в состав микробиологического удобрения, но более высокой, чем начальная температура отхода. При этом соблюдение требования по такому критическому показателю, как влажность компостируемой массы, обеспечивается всегда «автоматически», так как сам процесс компостирования всегда требует такой влажности, при котором бы происходило активное размножение микроорганизмов.
о
Способ реализуется следующим образом: биогенные органические отходы, в частном случае, например, отходы животноводства и/или птицеводства (например, куриный помет, смесь помета и опилок), обрабатывают вначале «раствором» микробиологического удобрения-активатора, в частном случае например, «Восток-ЭМ1», с рекомендуемой производителем нормой внесения, в одном из вариантов воплощения одновременно перемешивая массу с помощью машины – ворошителя буртов или иным способом. Активатор можно и не вносить, но при этом продолжительность первого цикла компостирования может увеличиться. Массу компостируют до тех пор, пока ее температура после достижения максимального для данной технологии значения не понизится до оптимального показателя для размножения микроорганизмов применяемого микробиологического удобрения – биоактиватора. В современных эффективных ускоренных технологиях, как правило, наибольшее значение температуры в компостируемой массе отмечается на 3-4 день, после чего она уменьшается, достигая 35-40С на 5-6 дни, что свидетельствует о завершении термофильной стадии. Затем в компостную массу с температурой, оптимальной для размножения микроорганизмов биоудобрений, равномерно вносят эти биоудобрения-активаторы в рекомендуемых дозах. Очевидно, что при этом можно вносить смесь из нескольких микробиологических удобрений, содержащих микроорганизмы, устойчивые к температуре компоста на момент их внесения. Одновременно с биоактиватором в компост можно вносить и другие компоненты (микроорганизмы, улучшающие минеральное питание растений, макро- и микроэлементы, стимуляторы роста растений и другие вещества), если они существенно не влияют на размножение микроорганизмов биоактиватора и выдерживают температуру компоста в момент их внесения, а если не выдерживают - то дополнительно после охлаждения массы биоорганического удобрения. Так как температура массы оптимальна для развития микроорганизмов биоудобрений и имеется субстрат для их питания (процесс компостирования еще не закончился, так как температура не упала до температуры окружающей среды), они не погибают, а начинают размножаться. Теоретически, при делении бактерий даже однократно за час, за 10 часов концентрация клеток может увеличиться в 1024 раз. Поэтому компостируемую массу выдерживают еще некоторое время, которое для каждого препарата подбирается индивидуально в зависимости от состава микроорганизмов. Как указывалось выше, влажность отхода, что важно для жизнедеятельности микроорганизмов «затравки», всегда «автоматически» поддерживается по технологии его переработки компостированием.
После этого компост (биогенные органические отходы после переработки описанным способом) уже в виде биоорганического удобрения (биоудобрения) делится на две части. Одна часть далее может использоваться как биоудобрение, а вторая часть используется как «затравка» (биоактиватор) для компостирования путем равномерного смешивания с новой партией отхода. Очевидно, что при смешивании отхода с более теплой массой «затравки» общая температура смеси возрастает, а если влажность отхода высокая, что не позволяет формировать из него бурты или аэрировать его, то она может уменьшаться благодаря смешиванию с компостом, потерявшим влагу в процессе предыдущего цикла переработки. При этом биоактиватор обеспечивает ускорение компостирования отходов путем повышения стартовой температуры отхода, так как скорость компостирования прямо пропорционально зависит от начальной температуры перерабатываемой массы.
Еще одним достоинством заявляемого способа является возможность более равномерного распределения биоактиватора в массе отхода и уменьшение влажности смеси. Так, при компостировании по примеру патента RU2112764 на одну тонну отхода можно вносить 0,1 т «затравки» (10%), а оставшиеся 0,9 т (90%) использовать как биорганическое удобрение. Обработка отходов биоудобрениями («Восток-ЭМ1» или «Байкал-ЭМ1») традиционным способом, например, с помощью ворошителей буртов, в объеме равном даже половине объема «затравки» (50 л водного «раствора» биопрепарата на 1 т отхода) технически очень трудно, так как необходимо очень часто заправлять емкости машин. Кроме того, влажность массы дополнительно увеличивается на 5%, что ограничивает исходную влажность самого отхода. Уменьшение же объема «растворов» препаратов увеличивает вероятность неравномерности внесения их в массу отхода.
Способ переработки можно реализовывать, используя различные способы компостирования и устройства, в некоторых частных случаях изобретения переработку отходов осуществляют в буртах и/или ферментерах.
Следует понимать, что эти и все приведенные в материалах заявки примеры не являются ограничивающими и приведены только для иллюстрации настоящего изобретения.
Пример 1
о
1 кг компоста с температурой 37°С и влажностью 55%, полученного из бесподстилочного куриного помета, обработанного перед компостированием препаратом «Восток-ЭМ1» (по рекомендации производителя, из расчета на 1 т помета – 10 л 10%-ного «раствора» препарата), равномерно обработали этим же препаратом (на 1 т компоста - 10 л 10%-ного «раствора» препарата) и выдержали 12 часов в термоизолированном контейнере (получили «затравку»). Затем к 5 кг бесподстилочного помета влажностью 62% с температурой 15°С добавили 500 г «затравки» с температурой 35С и всю массу равномерно перемешали. Через сутки температура в смеси поднялась до рекомендуемой для компостирования (более 55°С) (таблица 1). Компостируемую массу выдерживали 6 суток, периодически аэрируя быстрым перемешиванием, затем анализировали на соответствие показателям ГОСТ Р 53117-2008  (таблица 2). В традиционном, контрольном варианте 5,5 кг куриного помета влажностью 62% с температурой 15°С обрабатывали, равномерно опрыскивая «раствором» препарата «Восток-ЭМ1» (на 1 т помета – 10 л 10%-ного «раствора»).
Пример 2
В 5 кг отхода с температурой 35°С влажностью 65%, представляющего смесь из древесных опилок и бесподстилочного куриного помета внесли 500 г «затравки» влажностью 58%, полученной предварительно по примеру 1 из компоста из такой же смеси. Отход и «затравку» перемешали. Через сутки температура в смеси поднялась до 57°С (таблица 1). Компостируемую массу выдерживали 6 суток, периодически аэрируя быстрым перемешиванием, затем анализировали по примеру 1 (таблицы 1, 2).
Таблица 1 Повышение температуры отхода после смешивания с «затравкой» (ºС)
Показатели
Контроль, традиционное компостирование с препаратом «ВОСТОК-ЭМ1» по рекомендации производителя
По примеру 1
По примеру 2
Начальная температура отхода
15,0
15,0
15,0
Температура отхода в смеси с активатором
15,0
16,5
16,9
Температура компостируемой массы через сутки
48,1
55,1
57,0
Как видно по данным таблицы 1, начальная температура отходов по заявляемому способу была выше, чем при традиционном использовании биоудобрения «Восток-ЭМ1», а полученные биокомпосты могут по санитарно-гигиеническим показателям использоваться в качестве биоорганических удобрений, согласно ГОСТ Р 53117-2008 (таблица 2).
Таблица 2 Санитарно-гигиенические показатели биоорганического удобрения
Показатели
Биоорганическое удобрение
Норма по ГОСТ Р 53117-2008
По примеру 1
По примеру 2
Индекс санитарно-показательных микроорганизмов в компосте, клеток/г, не более
колиформы
3
3
9
энтеробактерии
Не обнаружено
Не обнаружено
9
Наличие патогенных и болезнетворных клеток микроорганизмов, клеток/г
Не обнаружено
Не обнаружено
Отсутствуют
Наличие жизнеспособных яиц и личинок гельминтов, экземпляров/г
Не обнаружено
Не обнаружено
Отсутствуют
Цисты кишечных патогенных простейших, экземпляров/100 г
Не обнаружено
Не обнаружено
Отсутствуют
Наличие личинок и куколок синантропных мух, экземпляров/кг
Не обнаружено
Не обнаружено
Отсутствуют
Класс опасности
IV
IV
IV
Таким образом, предложенный нами способ позволяет перерабатывать органические отходы с получением комплексного биоорганического удобрения, содержащего органическую часть (компост) и микробиологическое удобрение, не подвергавшееся действию высоких температур, которое одновременно можно использовать в качестве биоактиватора самого процесса компостирования.
Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.