Способ получения экочернозёма и устройство для реализации способа
METHOD OF PRODUCING ECO-CHERNOZEM AND DEVICE FOR METHOD IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства.
Как известно, экологические свойства и плодородие почвы в первую очередь определяются содержанием в ней гумуса и комковатостью (структурой) почвы.
Почва с наибольшим плодородием - чернозем средней полосы - содержит от 2 до 4% гумуса. Гумус образуется в результате переработки попадающих в почву веществ сообществом беспозвоночных (червей) и находящихся в их пищевом тракте микроорганизмов. Использование этого природного сообщества позволило создать в искусственных условиях новый вид грунта - экочернозем с содержанием гумуса 8% и более. Он обладает повышенным плодородием, что подтверждено многочисленными экспериментами.
Известный способ получения экочернозема состоит в том, что в изолированных емкостях создают систему дренажа, размещают над ней горизонтальный слой, содержащий органоминеральную смесь, в горизонтальный слой вносят экочернозем, содержащий черноземообразующие организмы, в количестве 5-20% от общего объема слоя, поддерживают оптимальные условия для переработки, после окончания переработки слоя добавляют новый слой, перерабатывают его и повторяют эти циклы до заполнения емкости (патент РФ 2433109, МПК C05G 3/08, приор. 05.08.2009).
В процессе переработки беспозвоночные размножаются и перемещаются в вышележащие слои, таким образом обеспечивается последовательная переработка новых порций органоминеральной смеси.
Этот способ принят за прототип изобретения.
Недостаток прототипа состоит в специфичности перерабатываемого сырья, т.к. определенный набор микроорганизмов эффективно перерабатывает только привычный состав органоминеральной смеси. Приспособление к измененному составу идет со скоростью эволюции беспозвоночных. Поэтому многие виды отходов сельского хозяйства не использовались для производства экочернозема.
Другим недостатком известного способа является низкая производительность, определяемая в основном скоростью размножения беспозвоночных (смена поколений более месяца).
Эти недостатки не позволяют применить известный способ для переработки отходов крупных животноводческих комплексов, где их удаляют гидросмывом.
Цель изобретения состоит в создании крупнотоннажного (до нескольких сотен тонн в сутки) способа переработки в экочернозем отходов животноводства, в том числе собираемых гидросмывом, в сочетании с растительными отходами, в том числе некондиционной овощной и фруктовой продукцией.
Указанная цель достигается тем, что собирают и смешивают отходы животноводства и растениеводства, измельчают их, добавляют к ним измельченные сорбирующие добавки до устранения избыточной влажности смеси, вносят культуру перерабатывающих микроорганизмов, перемешивают и выдерживают при стабильной температуре до окончания переработки, причем в качестве отходов животноводства используют навоз, удаленный гидросмывом, измельчение отходов и сорбирующих добавок производят до размера частиц не более 5 мм, из смеси отходов отбирают 1…3% объема, помещают в дренируемую терморегулируемую емкость слоем 3…6 см поверх слоя экочернозема, содержащего черноземообразующие организмы, выдерживают при температуре 20...30°С до окончания переработки слоя смеси в экочернозем, затем укладывают новый слой смеси, выдерживают до окончания переработки и повторяют эти операции, пока длительность переработки очередного слоя не станет менее одних суток, после чего проливают ее водой в количестве не более 50% массы экочернозема в терморегулируемой емкости и собирают дренаж, полученную водную вытяжку используют в качестве культуры перерабатывающих микроорганизмов, а переработку основной массы ведут при температуре 10…30°C.
Цель изобретения достигается также тем, что устройство для получения экочернозема, содержит измельчитель с входами отходов животноводства и растениеводства, второй измельчитель с входом сорбирующих добавок, оба измельчителя соединены выходами с входами смесителя, к третьему входу которого подсоединен трубопровод подачи жидких отходов животноводства, смеситель снабжен электроприводом, основной выход смесителя связан с емкостью созревания, а дополнительный - с терморегулируемой емкостью, имеющей дренированное дно, под которым расположены лоток и емкость сбора жидкости, над терморегулируемой емкостью установлены средства распыления жидкости, а выход емкости сбора жидкости связан с дополнительным входом смесителя.
Измельчение и смешение отходов с сорбирующими добавками создает однородную воздухопроницаемую смесь, в которой могут распространяться и размножаться почвенные микроорганизмы, попадающие в смесь в составе водной вытяжки. Культура этих микроорганизмов при неоднократной смене поколений в терморегулируемой емкости с обеспечением оптимальной температуры и влажности изменялась и адаптировалась к данному составу смеси отходов. Смена поколений микроорганизмов составляет менее суток. Проливкой смеси, переработанной в терморегулируемой емкости, извлекают культуру микроорганизмов, избавляясь от беспозвоночных. Основную массу смеси заселяют уже только микроорганизмы, которые быстро размножаются и перерабатывают смесь за несколько суток, тогда как в прототипе с использованием беспозвоночных послойная переработка занимала более месяца.
Реализацию способа рассмотрим на примере работы устройства, показанного на чертеже.
Устройство для получения экочернозема, содержит измельчитель 1 с входами отходов животноводства и растениеводства, измельчитель 2 с входом сорбирующих добавок, оба измельчителя соединены выходами с входами смесителя 3, к третьему входу которого подсоединен трубопровод подачи жидких отходов животноводства, смеситель 3 снабжен электроприводом 4, основной выход смесителя 3 связан с емкостью 5 созревания, а дополнительный - с терморегулируемой емкостью 6 с дренированным дном 7, под которым расположены лоток 8 и емкость 9 сбора жидкости, выход которой связан с дополнительным входом смесителя 3. В терморегулируемой емкости 6 на дренированное дно 7 уложен слой 10 экочернозема, содержащего черноземообразующие организмы, на него уложен слой 11 смеси отходов. Над терморегулируемой емкостью 6 установлены средства 12 распыления жидкости.
Устройство работает следующим образом:
- в приемный бункер (на чертеже не показан) загружаются отходы (подстилочный навоз крупного рогатого скота, овощные отходы и т.п.), транспортером отходы подаются в измельчитель 1 с вращающимися ножами (скорость вращения до 1500 об/мин);
- в аналогичный по конструкции измельчитель 2 подаются сорбирующие добавки, количество которых подбирается по влажности твердых отходов и количеству жидких и может достигать 100% объема твердых отходов;
- транспортерами измельченные до размеров частиц не более 5 мм отходы и сорбирующие добавки подаются в смеситель 3, выполненный в виде бочки с вращающимся винтообразно внутри ножом-ободом. Важным свойством смесителя 3 является минимальное сдавливание смеси, чтобы сохранить ее комковатость и воздухопроницаемость. После того как отходы и добавки тщательно перемешаны, добавляются жидкие отходы в количествах, не нарушающих воздухопроницаемость (до 30% объема смеси). Процесс перемешивания с жидкими отходами длится несколько минут, после чего перемешанную смесь орошают водной вытяжкой в количествах 0,1…0,3% от массы смеси. Эта водная вытяжка накапливается в емкости 9. Для ее образования от массы смеси на выходе смесителя 3 отбирается 1…3% объема смеси и укладывается слоем толщиной 3…6 см в терморегулируемую емкость 6 поверх слоя 10 экочернозема, содержащего черноземообразующие организмы, характерные для девственных черноземов. В помещении, где установлена емкость 6, поддерживается температура воздуха 25…30°C и влажность 60…80%. Эти условия оптимальны для размножения черноземообразующих организмов, которые расселяются вверх в слой смеси. При этом они потребляют новую по составу пищу, процесс переработки которой вначале замедлен и первый слой перерабатывается до состояния, напоминающего творог черного цвета, несколько суток. После достижения этого состояния поверх него укладывается новый слой смеси, который перерабатывается быстрее за счет изменения состава микроорганизмов внутри беспозвоночных. Уменьшение длительности переработки очередного слоя наблюдается экспериментально и достигает в итоге длительности менее суток. Это нельзя объяснить действием только беспозвоночных (червей). По-видимому, к этому моменту преобладающим эффектом является действие микроорганизмов вне беспозвоночных и размножение микроорганизмов непосредственно в смеси. Этому способствуют оптимальные условия в терморегулируемой емкости 6. После достижения необходимой скорости переработки проводится проливка содержимого терморегулируемой емкости 6 распыленной водой (например, из душевых рожков). Водная вытяжка через дренированное дно 7 и лоток 8 попадает в емкость 8, откуда ее забирают для орошения основной массы смеси. При орошении микроорганизмы адаптированного состава равномерно распределяются по смеси, которая затем перегружается в емкость 5 созревания, где выдерживается до переработки смеси в экочернозем. Емкость 5 может находиться в помещении складского типа. Длительность переработки зависит от температуры и составляет от одних суток до трех при температуре от 30 до 20°C. Созревание смеси может проводиться вне помещения, в буртах, но при понижении температуры до 10°C длительность созревания увеличивается до трех месяцев.
Таким образом, использование предложенных изобретений позволяет расширить виды перерабатываемых отходов и многократно увеличивает производительность переработки.