СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОСТА В БИОФЕРМЕНТЁРЕ
METHOD OF PREPARING COMPOST IN BIO FERMENTER

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для переработки органических отходов животноводства и птицеводства (навоза, помета). Обычно такие отходы подвергаются компостированию, при котором большая часть органического вещества ферментируется в компостной куче. При этом получаемые компосты имеют широкий разброс по качественным характеристикам, что не позволяет достоверно рассчитать нормы внесения компостов в почву.
В настоящее время для круглогодичного приготовления качественных биологически активных органических удобрений с заданными характеристиками используется технология с применением закрытой установки - ферментера периодического действия, который теплоизолирован от окружающей среды. Технологический процесс, протекающий в ферментере, подвергается контролю с помощью термометров и кислородомеров, что позволяет регулировать процесс биоферментации за счет дозируемого количества воздуха, подаваемого в ферментируемую массу, а в конечном итоге - получать продукт с заданными свойствами.
Известен способ приготовления компоста по патенту СССР №1813085, включающий послойную укладку навоза и влагопоглощающего органического материала, перемешивание компонентов при одновременном перемещении смеси в ферментер, укрытие ее слоем готового компоста и последующее аэробное компостирование смеси.
Недостатком этого способа является невозможность получения однородных компостов с заданными свойствами.
Известен способ приготовления компоста в биоферментере по патенту РФ №2528813, выбранный в качестве прототипа, включающий подготовку ферментируемой смеси, перемещение смеси в ферментер с напорными воздуховодами и последующую аэробную ферментацию смеси, при которой контроль за процессом ферментации осуществляют с помощью мобильных инфракрасных датчиков со всей поверхности ферментируемой смеси с обеспечением линейного временного графика изменения температуры в диапазонах от 20°С до 30°С, от 30°С до 60°С, от 60°С до 70°С, путем подачи воздуха по системе напорных воздуховодов ферментера в зоны измерения температуры.
Прототип позволяет эффективно контролировать условия созревания компоста. В то же время его недостатком является необходимость обеспечения связи между показаниями инфракрасных датчиков температурного поля с поверхности ферментируемой смеси и исполнительным механизмом (вентилятором), осуществляющим подачу требуемого количества подаваемого воздуха. Кроме того, для использования этого способа требуется наличие дорогостоящего оборудования, позволяющего обрабатывать данные датчиков температуры, формировать сигнал для автоматического включения или выключения вентилятора.
Задачей заявленного изобретения является разработка более технологичного способа приготовления компоста в биоферментере за счет использования экспериментально полученных линейных зависимостей между объемами ферментируемой смеси и временем работы вентилятора при каждом его включении в заданные периоды приготовления компоста.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в упрощении технологического процесса при приготовлении компоста с заданными свойствами при одновременном сокращении эксплуатационных затрат.
Указанный технический результат достигается в способе приготовления компоста в биоферментере, включающем подготовку ферментируемой смеси, перемещение смеси в биоферментер, оборудованный воздуховодами, оснащенные напорным вентилятором, напор которого пропорционален высоте загрузки ферментируемой массы, и затем проводят аэробную ферментацию смеси последовательно в психрофильной, мезофильной и термофильной фазах. При этом подачу воздуха в трех фазах ферментации осуществляют циклически путем включения каждые 10 минут напорного вентилятора, при этом продолжительность работы напорного вентилятора при каждом включении определяется в соответствии со следующими линейными зависимостями, установленными для каждой фазы ферментации, и обеспечивается с помощью программируемого таймера:
для психрофильной фазы: 540×V/L×(1+T×1/24) при 0<Т≤24;
для мезофильной фазы: 1080×V/L×(1+(Т-24)/144) при 24<Т≤96;
для термофильной фазы: 1620×V/L=const при 96<Т≤168 с допустимыми отклонениями ±5%, где V - объем ферментируемой смеси (куб.м);
Т -период, отсчитываемый с момента закладки смеси в ферментер (час);
L - производительность вентилятора (куб.м/час);
Известно, что усредненное время созревания компоста составляет 168 часов (7 суток по 24 часа) - см. Ковалев Н.Г., Барановский И.Н. Органические удобрения в XXI веке. (Биоконверсия органического сырья): Монография. - Тверь, ЧуДо, 2006. - 304 с). При этом первая часть - психрофильная длится 24 часа, затем наступает мезофильная фаза, которая длится с 25 часа по 96 час, после которой, начиная с 97 часа, начинается психрофильная фаза. Причем установлено, что количество подаваемого воздуха по напорным воздуховодам, необходимое для развития аэробной микрофлоры в различных фазах созревания компоста, на единицу ферментируемой смеси линейно зависит от периода, отчитываемого с момента закладки смеси в ферментер, с отклонением ±3% в следующих интервалах температур:
от 20°С до 30°С (психрофильная фаза);
от 30°С до 60°С (мезофильная фаза);
от 60°С до 70°С (термофильная фаза);
более 70°С (термофильная фаза в завершающей стадии созревания компоста).
С учетом известных данных. были проведены исследования по определению длительности работы вентилятора при заданной частоте его включения (1 раз в 10 минут) для каждой фазы созревания компоста вне зависимости от показателей температурного поля, обеспечивающие необходимое стандартное развитие аэробной микрофлоры.
В результате исследований было установлено, что при постоянной циклической частоте включения вентилятора каждые 10 минут, длительность его работы будет различной для всех 3-х фаз созревания компоста (ферментации) и соответствует следующим зависимостям:
для психрофильной фазы: 540×V/L× (1+T×1/24) при 0<Т≤24;
для мезофильной фазы: 1080×V/L×(1+(Т-24)/144) при 24<Т≤96;
для термофильной фазы: 1620×V/L=const при 96<Т≤168,
с допустимыми отклонениями ±5%.
Эти зависимости получены в результате многочисленных исследований, проведенных на действующем ферментере, построенному по типовому проекту, (см. Установка «Биоферментатор» для переработки навоза КРС, помета, торфа и другого органического сырья по технологии ВНИИМЗ. Рабочий проект 14137 - ПЗ. Минсельхозпрод России. ФГУП «СЕВЗАПАГРОПРОМПРОЕТ) г. Тверь, 1999).
При этом было экспериментально определено, какое количество воздуха, подаваемого внутрь ферментируемой смеси, достаточно для эффективного развития аэробной микрофлоры и которое изменяется в зависимости от периода, отчитываемого с момента закладки смеси в ферментер, с учетом фазы созревания компоста (в момент фазовых переходов: психрофилов в мезофиллов и далее в термофилов), которые происходят по мере роста температуры ферментируемой смеси. В то же время, было установлено, что температура подаваемого воздуха не имеет большого значения, поскольку количество теплоты, выделяемой при дыхании аэробной микрофлоры значительно превышает количество теплоты, содержащееся в сравнительно малых объемах дискретно подаваемого воздуха.
Таким образом, экспериментально определенный алгоритм подачи заданного количества воздуха в различных фазах созревания компоста позволяет сформировать сигнал для периодического включения-выключения исполнительного механизма (вентилятора) с помощью таймера без необходимости измерения поля температур.
Изобретение иллюстрируется на фиг. 1 и фиг. 2, где: на фиг. 1 представлен график продолжительности работы τ (сек) напорного вентилятора производительностью L (куб.м/час), подающего воздух по системе напорных воздуховодов в ферментируемую смесь объемом V (куб.м), в зависимости от периода, отчитываемого с момента закладки смеси в ферментер Т (час), при начальной влажности смеси 65% и температуре наружного воздуха 20°С;
на фиг. 2 представлена технологическая схема компостирования, где 1 - ферментируемая смесь; 2 - помещение для ферментации (ферментер); 3 - воздухопроницаемый пол со щелевыми каналами; 4 - вентилятор напорный; 5 - система напорных воздуховодов; 6 - вентилятор вытяжной; 7 - таймер включения/выключения вентилятора; 8 - ворота.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом (см. фиг. 2): исходный продукт (навоз, помет) смешивают в расчетном соотношении с торфом, опилками, соломой или другими углеродосодержащими материалами для обеспечения оптимального соотношения углерода к азоту и расчетной влажности смеси 1, которую затем загружают в биоферментер 2 с щелевыми каналами 3 в полу для подачи воздуха. После загрузки ферментера 2 включают вентилятор напорный 4 и по системе напорных воздуховодов подают воздух через воздухопроницаемый пол 3 в необходимых количествах и с помощью таймера пульта управления согласно определенным циклам длительности. Этот алгоритм включения/выключения вентилятора закладывается в таймер перед началом процесса компостирования согласно установленным зависимостям. Дискретная (циклическая) подача воздуха позволяет подавать заданное количество воздуха в ферментируемую смесь, обеспечивая процесс развития микрофлоры, который сопровождается выделением теплоты и саморазогревом смеси, включая вентилятор по сигналу таймера через каждые 10 минут, при этом длительность его работы определяется по полученным эмпирическим зависимостям.
Использование заявленного способа позволяет отказаться от непрерывного контроля за температурой смеси, которая не является регулирующим параметром и важна лишь для статических целей; в этих целях могут использоваться обычные термометры - зонды.