способ приготовления биокомпостов

Формула изобретения

Способ приготовления биокомпоста, включающий перемешивание органических отходов с измельченным влагопоглощающим органическим материалом с внесением инокулирующей добавки, подачу полученной смеси в ферментер и ее аэробное компостирование, отличающийся тем, что в качестве органических отходов используют помет, а в качестве инокулирующей добавки - микробную композицию, включающую целлюлозоразрушающие, азотфиксирующие и стимулирующие рост растений микроорганизмы, причем 10% готового биокомпоста используют в качестве инокулирующей добавки при приготовлении новой партии биокомпоста.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке помета и других измельченных органических отходов.

Известен способ компостирования /Пат. Франции №259317, Кл. С 05 F 3/00, 1987 г/, включающий складирование в кучу растительных и животных материалов, механическую аэрацию и инокулирование смеси определенными бактериями при наступлении термофильной стадии компостирования. Недостатками данного способа компостирования является низкое качество компоста из-за отсутствия измельчения и перемешивания компонентов в процессе приготовления компоста.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ приготовления компоста /Пат. РФ №2141464, Кл. С 05 F 3/00, 1999, прототип/, включающий перемешивание органических отходов с измельченным влагопоглощающим органическим материалом с внесением инокулирующей добавки, подачу полученной смеси в ферментер и ее аэробное компостирование.

Недостатком этого способа является использование микроорганизмов, не адаптированных к смеси помет - органический поглотитель влаги.

На фиг.1 прототипа показан также относительно длительный, до 3 суток, процесс разогрева органической смеси в ферментере (до 70С и более). Следовательно, сам процесс аэробного компостирования протекает при температуре до 40C - 2 суток и последующие 3-5 суток - от 40 до 70С и более.

Кроме того, неравномерность распределения температуры по сечению бурта в ферментере в процессе аэробной ее обработки до 3 суток не гарантирует обеззараживание удобрений от болезнетворных микроорганизмов, например споровых. Еще одним недостатком является относительная трудоемкость приготовления органической смеси.

Следствием является получение некачественной смеси органических компонентов, что влечет за собой неравномерность распределения температуры аэробного процесса по сечению бурта в ферментере.

Заявленное изобретение направлено на устранение указанных недостатков и решение задачи повышения качества биокомпоста по основному показателю - азоту общему, увеличение доступности элементов питания для растений (в частности азота и фосфора); обогащение биокомпоста сообществом агрономически полезных микроорганизмов, стимулирующих рост растений.

Поставленная задача решается следующим образом. Способ приготовления биокомпоста включает перемешивание помета и измельченного влагопоглощающего органического материала с внесением инокулирующей добавки, подачу полученной смеси в ферментер и ее аэробное компостирование. В качестве инокулирующей добавки используют микробную композицию, включающую целлюлозоразрушающие, азотфиксирующие и стимулирующие рост растений микроорганизмы. Сообщество микроорганизмов, используемое в качестве биоактиваторов, состоит из микроорганизмов нескольких физиологических групп, каждая из которых отвечает за проведение определенной стадии процесса биокомпостирования. Суспензия предварительно выращенных микроорганизмов транспортируется в пластмассовой или металлической таре, разбавляется водой и вносится в смеситель в количестве до 2 л на 1 м³ смеси, титр суспензии 10³-10⁴. В качестве инокулята может быть использован также готовый свежеполученный биокомпост, прошедший все стадии биоферментации после заражения торфопометной смеси жидкой суспензией микроорганизмов. Такой биокомпост содержит рабочее сообщество микроорганизмов и может вноситься в органическую смесь в количестве до 10% от ее объема в пересчете на абсолютно сухое вещество.

На фиг.1 приведена общая технологическая схема приготовления биокомпостов. На фиг.2 - временные зависимости температуры пометоторфяной смеси I, пометоторфяной смеси с бактериальными заквасками II.

Помет 1 и измельченный влагопоглощающий органический материал 2 порционно поступают в приемную емкость 3. По транспортеру 4 компоненты смеси и суспензия микроорганизмов подаются в смеситель 5, где в течение 3-5 мин происходит тщательное их перемешивание. В процессе перемешивания компонентов в смеситель вносятся бактериальные закваски 6. Полученная органическая смесь транспортером 7 подается в ковш фронтального погрузчика 8 и транспортируется в ферментер 9, оборудованный вентилятором 10 и системой воздуховодов 11. Готовые удобрения выгружаются через 2 суток после достижения температуры 75-80С тем же погрузчиком, из них 90% используются как удобрения, а 10% возвращаются в смеситель как бактериальная закваска, поддерживая тем самым начальную температуру органической смеси в пределах 20-25С. Температура смеси при использовании жидкого инокулята бактериальных заквасок в течение 2,5-3 суток с 10-20С достигает 75С, смесь выдерживается еще 2 суток и затем выгружается. Применение твердого инокулята, полученного путем биоферментации органического сырья с применением жидких бактериальных заквасок, в количестве 10% от общего объема компостируемой смеси сокращает период разогрева органической смеси до 1,5-2 суток. Температура разогрева увеличивается с 75 до 80С, время процесса аэробной ферментации сокращается до 4 суток. При этом качество готовых удобрений - биокомпостов, за счет более глубокого разложения органической части субстрата и работы азотфиксирующих микроорганизмов повышается (содержание азота в конечном продукте возрастает на 0,6% на абс. сух.в.).

Пример 1.

30 т помета влажностью 70%, 15 т торфа влажностью 60% и жидкую суспензию микроорганизмов 100 л (титр суспензии 10³-10⁴) подают в стационарный смеситель. Отношение C:N в смеси составляет 16-18. Соотношение торф: помет составляет 60:40, мас.%. Жидкая мицелиальная суспензия содержит сообщество микроорганизмов, принадлежащих к разным физиологическим группам, доминирующих в компосте на разных стадиях ферментационного процесса: целлюлозоразрушающий термотолерантный микромицет - Monoascus ruber, целлюлозоразрушающий микромицет - антагонист фитопатогенов - Trichoderma asperellum, азотфиксирующие бактерии Azospirillium sp., дрожжи Saccharomyces cereviseae - стимуляторы роста растений.

Аэрирование компостируемой смеси осуществляют вертикально с помощью системы вентиляторов и воздуходувов. Поддержание температуры в ферментере на уровне 75-80С осуществляют регулированием количества подаваемого воздуха и временем его подачи. В частности воздух подают через каждые 7 мин в течение 2 мин, при повышении или понижении температуры в ферментере время подачи воздуха увеличивают или уменьшают соответственно. Ферментацию проводят в течение 4 суток до естественного снижения температуры до 30С.

Полученный таким образом продукт имеет следующие показатели качества, мас.% на абс. сух. в-во:

Азот общий 4,2

Фосфор общий 2

Общий калий 1,05

Влажность 63

Зольность 22,6

Углерод общий 42,5

Ускорения процесса биоконверсии и снижения его себестоимости достигают путем замкнутости цикла производства биокомпостов. В процессе загрузки в смеситель, помимо подготовленной торфопометной смеси, подают также небольшими партиями биокомпост, полученный способом, описанным выше. Инокулятом в данном случае выступает биокомпост, прошедший аэробную переработку и содержащий рабочее сообщество микроорганизмов. Количество биокомпоста, подаваемое в смеситель - 10% от массы абсолютно сухого вещества смеси, загружаемой в ферментер. Перемешивание компонентов компостируемой смеси вместе с твердофазным инокулятом позволяет более равномерно распределить биокатализатор по всему объему смеси, и, как следствие, повысить интенсивность биотермического процесса и качество готовой продукции. При загрузке ферментера торфопометной смесью требуется 30 т помета влажностью 70%, 15 т торфа влажностью 60% и 4 т биокомпоста влажностью 63%, приготовленного с помощью внесения жидкого инокулята. Таким образом, можно провести 3-4 цикл, после чего процесс приготовления биокомпостов будет нуждаться во внесении новой партии жидкой ассоциации микроорганизмов

Пример 2. В ферментер для аэробной переработки загружают подготовленную аналогично примеру 1 смесь, содержащую 30 т помета влажностью 70%, 16 т торфа влажностью 60%, 7 т опилок влажностью 5%. Отношение C:N в смеси = 18-20. Соотношение частей смеси помет:торф:опилки = 40:30:30 мас.% в расчете на абсолютно сухое вещество. В процессе перемешивания смесь инокулируют жидкой мицелиальной суспензией, содержащей другое сообщество микроорганизмов: термотолерантный микромицет - Paecilomyces variotii - стимулятор прорастания семян, целлюлозоразрушающий микромицет - Botryotrichum pilluliferum, азотфиксирующие бактерии Pseudomonas sp. Аэрирование ферментируемой смеси осуществляют так же как в примере 1. Ферментацию проводят в течение 4 суток до естественного снижения температуры до 30С. Полученный таким образом продукт имеет следующие характеристики, мас.% на сух. в-во:

Азот общий 2,7

Фосфор общий 1,8

Общий калий 0,8

Влажность 60

Зольность 18

Углерод общий 43

Штаммы микромицетов, дрожжей и бактерий, входящие в используемое сообщество микроорганизмов, являются природными доминантами микрофлоры торфопометных и пометно-опилочных компостов, полученных аэробным способом. Результатом применения предлагаемого сообщества микроорганизмов является угнетение роста гнилостных и условно патогенных микроорганизмов в процессе биоконверсии, с помощью метаболитов гриба Paecilomyces variotii (антибиотик вариотином), а так же, обогащение ферментируемой смеси легко доступными источниками за счет развития в биокомпосте целлюлозоразрушающих грибов Monoascus rubber, Trichoderma asperellum, Botryotrichum pilluliferum. Кроме того, штамм Trichoderma asperellum является так же грибом-антагонистом к корневым фитопатогенам и ингибирует развитие корневых гнилей растений, а штамм Paecilomyces variotii стимулирует прорастание семян при внесении с биокомпостом в почвы агроценозов.

Пример 3. Использование полученного удобрения.

Полученный биокомпост был испытан в вегетационном опыте с кукурузой. Почва опыта - дерново-подзолистая. В сосуды емкостью 5 кг вносят 60 г /сосуд биокомпоста из расчета 7 т/га. Повторность опыта 4-кратная. Урожай кукурузы учитывают в фазу цветения растений. Для сравнения в параллельные сосуды вносят минеральные удобрения (NPK) и компост, полученный путем аэробной переработки без добавления предлагаемого комплекса микроорганизмов.

Результаты представлены в таблице 1. Испытания показали, что наибольший эффект отмечен при использовании полученного биокомпоста.

Через 90 суток высота растений в сосудах, в которые вносится предлагаемый биокомпост, достигает 118 см, а в контроле - 37 см. Прибавка урожая зеленой массы составляет 76,6%.

Увеличение количества агрономически полезной микрофлоры при использовании биокомпоста фиксируют по усилению ее физиологической активности. Активность дыхания в ризосфере растений в вариантах с предлагаемым удобрением составляла 1,6 мг С-СO₂/100 г сут, что в 2 раза больше, чем на контроле. Величина активности азотфиксации при внесении биокомпоста достигала 23 мкмоль C₂H₂/100 г сут, что в 10 раз больше, чем на контроле и в 2,5 раза больше, чем при внесении компоста, полученного без добавления предлагаемого комплекса микроорганизмов.

Зафиксированная при использовании биокомпоста стимуляция роста растений: увеличение зеленой массы, высоты растений, увеличение выметывания метелок, связана с улучшением режима питания растений, вызванным накоплением в почве биологического азота при усилении активности процесса азотфиксации в почве. Стимулирующее действие биокомпостов на растение объясняется также тем, что с биоудобрениями в почву вносятся штаммы - антагонисты к грибам-фитопатогенам, защищающие растения от корневых гнилей.

Из приведенных данных следует, что предлагаемое удобрение содержит производственно ценные вещества (высокое содержание азота в легкодоступной форме) и обогащено сообществом микроорганизмов, которое способствует более быстрой и более полной аэробной переработке пометных смесей. Полученный биокомпост стимулирует рост растений, способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур, а комплекс микрофлоры, вносимой в почву с биокомпостом, активно участвует в почвообразовательных процессах.