способ приготовления компоста из осадка сточных вод с применением фототрофных бактерий

Формула изобретения

Способ приготовления компоста из осадка сточных вод с применением фототрофных бактерий, включающий смешивание обезвоженного осадка сточных вод с органическим компонентом в виде пивной дробины, с целлюлозосодержащим компонентом в виде опилок при объемных соотношениях соответственно 0,5-0,6:0,3-0,4:0,1-0,2, с добавлением компостной закваски в количестве не менее 15% от объема смеси и последующее аэробное компостирование смеси, отличающийся тем, что по окончании высокотемпературной стадии компостирования проведение естественного подсушивания смеси, размещенной слоем около одного метра, осуществляют с одновременным внесением биоактиватора в виде жидкой культуры, содержащей 10⁹-10¹⁰ клеток в одном мл суспензии аноксигенных пурпурных фототрофных бактерий Rhodobacter capsulatus в объемных соотношениях к смеси не менее 1:50 соответственно и с выдерживанием без обязательной аэрации в течение 25-30 суток с последующей стабилизацией смеси в буртах в течение 30-35 суток.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к коммунальному хозяйству и экологической биотехнологии и может быть использовано для биоконверсии осадка сточных вод (ОСВ) с низким содержанием тяжелых металлов в сочетании с отходами пивоваренного производства - пивной дробиной в качественный компост с невысокой себестоимостью.

Известен способ приготовления биокомпоста путем перемешивания птичьего помета с добавлением торфа, опилок, лигнина, навоза КРС и биоактиватора в виде штамма микроорганизмов и аэробное компостирование полученной смеси [п., RU, № 2057103, МПК-6 C05F 3/00, 11/08].

Недостатком известного способа является не высокое качество получаемого компоста, требующего повышенных норм его внесения.

Известен способ приготовления органического удобрения, включающий смешивание обезвоженного ОСВ с пивной дробиной, опилками/торфом и компостирование полученной смеси с внесением биоактиватора в виде консорциума микроорганизмов с обязательным проведением механического аэрирования путем ворошения [п. RU, № 2299872, МПК-7 C05F 7/00, C07F 11/08].

Недостатками известного способа являются несколько повышенная себестоимость производимого удобрения за счет привлечения тяжелой техники для ворошения и продолжительности процесса приготовления.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ приготовления илодробинного компоста, включающий смешивание обезвоженного ОСВ с пивной дробиной, опилками и/или торфом в объемных соотношениях соответственно 0,5-0,6:0,3-0,4:0,1-0,2, внесение биоактиватора (компостной закваски) в количестве не менее 15% от объема смеси и аэробное компостирование посредством напорной аэрации в определенных режимах [п. RU, № 2369586, МПК-8 C05F 7/00].

Недостатками известного способа являются отсутствие у получаемого компоста повышенных противогрибковых свойств, а также необходимость обустройства технологических площадок дополнительными инженерными конструкциями для периодического вентилирования смеси, что повышает себестоимость готового продукта.

Техническим результатом заявляемого технического решения является ускорение созревания и повышение качества компоста за счет активизации микробной сукцессии и усиления противогрибковых свойств компоста, улучшения санитарно-бактериологических и агрохимических показателей, снижения себестоимости готового продукта.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе приготовления компоста из осадка сточных с применением фототрофных бактерий, включающем смешивание обезвоженного осадка сточных вод с органическим компонентом в виде пивной дробины, с целлюлозосодержащим компонентом в виде опилок при объемных соотношениях соответственно 0,5-0,6:0,3-0,4:0,1-0,2, с добавлением компостной закваски в количестве не менее 15% от объема смеси и последующее аэробное компостирование смеси, по окончании высокотемпературной стадии компостирования проведение естественного подсушивания смеси, размещенной слоем около одного метра осуществляют с одновременным внесением биоактиватора в виде жидкой культуры, содержащей 10 ⁹-10¹⁰ клеток в одном мл суспензии аноксигенных пурпурных фототрофных бактерий Rhodobacter capsalatus (ФТБ), в объемных соотношениях к смеси не менее 1:50 соответственно и с выдерживанием без обязательной аэрации в течение 25-30 суток с последующей стабилизацией смеси в буртах в течение 30-35 суток.

На фиг.1 представлены чашки Петри с результатами опыта по угнетению грибков в компосте: - верхний ряд - с ФТБ; - нижний ряд - без ФТБ.

Внесение биоактиватора из ФТБ в упомянутую выше смесь из обезвоженного ОСВ, органического компонента в виде пивной дробины и целлюлозосодержащего компонента в виде опилок при их объемных соотношениях 0,5-0,6:0,3-0,4:0,1-0,2, с добавлением компостной закваски в количестве не менее 15% от объема смеси, по окончании высокотемпературной стадии компостирования обеспечивает при естественном подсушивании смеси в освещаемых и неаэрируемых условиях в течение 25-30 суток, активный рост этого биоактиватора за счет получения благоприятной питающей среды для их существования и фотосинтеза. Рост ФТБ в свою очередь оказывает положительное стимулирующее влияние на рост других агрономически полезных микробов (бацилл и актиномицетов) в смеси, процесс размножения которых начался после высокотемпературной стадии компостирования. Размножение актиномицетов и бацилл - антагонистов фитопатогенных грибков (микромицетов), вызывающих различные заболевания корневой системы растений, усиливает противогрибковые свойства компоста, повышая его качество.

С ростом количества ФТБ повышается количество выделенной ими внеклеточно АТФ, синтезированных витаминов, особенно B₂, B ₆, B₁₂, E, амино- и нуклеиновых кислот. Этими выделениями ФТБ стимулируют микробную сукцессию, «приманивая» к себе другие микроорганизмы, в особенности т.н. органотрофы, способные в отличие от ФТБ окислять высокомолекулярные органические соединения. Вместе с комплексом симбиотических микробов ФТБ осуществляют деструкцию трудноразлагаемых веществ, загрязнителей, продуктов полураспада процесса компостирования, тем самым улучшая санитарно-бактериологические и агрохимические показатели, повышая качество компоста и снижения себестоимость готового продукта.

Способ приготовления компоста из осадка сточных вод с применением ФТБ осуществляется следующим образом.

Смешивают обезвоженный ОСВ с пивной дробиной с добавлением опилок при объемных соотношениях, известных по патенту 2369586, а именно 0,5-0,6:0,3-0,4:0,1-0,2, вносят компостную закваску в количестве не менее 15% от объема смеси, что вызывает в буртах быстрое повышение температуры компостируемой смеси до 50-55°C и санацию ОСВ. Для развития комплекса симбиотических органотрофных микроорганизмов в способе используется пивная дробина и целлюлозосодержащий влагопоглощающий компонент в виде опилок. Являясь отходом пивоварения, пивная дробина представляет собой полноценный источник питания для роста и размножения таких микробов и служит дополнительным источником агрохимически важных веществ (азот, фосфор, калий) для почвы. Опилки оптимизируют химический состав смеси (отношение углерода к азоту). Для ускорения компостирования и более глубокой биохимической трансформации смеси к ней добавляют компостную закваску. Смешивание закваски и компонентов в количественном соотношении, известном по патенту 2369586, приводит к интенсификации экзотермической реакции и саморазогреву смеси, что вызывает гибель геогельминтов и многих патогенных микроорганизмов.

Через 15 суток для поддержания экзотермической реакции в течение следующих 20-25 суток проводят принудительное аэрирование, осуществляя периодическое ворошение буртов, что важно для симбиотических органотрофных микроорганизмов. После завершения первой (высокотемпературной) стадии компостирования смесь размещают слоем около 1 м для естественного подсушивания, что снижает содержание бактерий группы кишечной палочки (БГКП) в осадке сточных вод до нормативного уровня по ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Далее смесь поливают жидкой культурой ФТБ, содержащей 10⁹-10¹⁰ клеток в одном мл суспензии аноксигенных пурпурных фототрофных бактерий вида Rhodobacter capsulatus, в объемных соотношениях к смеси не менее 1:50 соответственно.

Для получения жидкой культуры ФТБ используют коммерческий препарат ФТБ Rhodobacter capsulatus, производимый в Японии винодельческой фирмой «Такара Цусио Корпорэйшн» в концентрированном и лиофилизированном виде. Жидкая культура пурпурных фототрофных бактерий этого вида хранится в музейной коллекции лаборатории экологической биотехнологии Института водных и экологических проблем ДВО РАН (г.Хабаровск).

Наступающая вторая стадия проходит без дополнительного ворошения смеси в течение 25-30 суток при повышении количества ФТБ, росте актиномицетного и бациллярного населения смеси и других микробов, в особенности органотрофных, окисляющих высокомолекулярные органические соединения, и в комплексе осуществляющих деструкцию трудноразлагаемых веществ, продуктов полураспада процесса компостирования, токсических веществ и загрязнителей. При переходе к заключительной третьей стадии созревания компост буртуют на площадке складирования для стабилизации в течение 30-35 суток.

Способ приготовления компоста из осадка сточных вод с применением ФТБ показан на примерах.

Пример 1.

Обезвоженный ОСВ (содержание органики 15-30%) послойно смешивают с пивной дробиной и опилками в объемных соотношениях соответственно 0,5-0,6:0,3-0,4:0,1-0,2. К смеси добавляют компостную закваску, полученную по патенту 2213080, в количестве не менее 15% от объема. Осуществляя перемешивание с одновременным перемещением, смесь, отвечающую агрохимическим нормативным требованиям, закладывают в бурт № 1 объемом 10 м³ на бетонированной площадке и накрывают полипропиленовой тканью. Через 5 суток начинается повышение температуры смеси до 50-55°C. Еще через 10 суток для поддержания экзотермической реакции и дыхания микроорганизмов проводят принудительную аэрацию (ворошение) бурта, которую повторяют с периодичностью раз в 7-10 дней в течение 50-55 суток. На 65-70 сутки компостирования отбирают пробы на санитарно-паразитологические и санитарно-бактериологических показатели. Анализы обнаруживают полное соответствие паразитологическим требованиям по ГОСТ Р 17.4.3.07-2001, но несоответствие нормативу по некоторым бактериологическим (содержание БГКП) показателям (табл.1). На 100-е сутки компостирования почвенно-микробиологический анализ не выявил в пробах усиленных противогрибковых свойств (Фиг.1, нижний ряд). Этот бурт является контрольным.

Таблица 1
Санитарно-паразитологические и санитарно-бактериологические показатели компостируемой смеси (бурт № 1)
№ проб и глубина отбора	Яйца геогельминтов, экз./кг	Цисты патогенных простейших, экз./кг	Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы, клеток/г	БГКП, клеток/г
1 (0-20 см)	0	0	0	>103
2 (20-50 см)	0	0	0	>103

Пример 2.

Способ подготовки компостируемой смеси в бурте № 2 по примеру 1. Через 15 суток проводят принудительную аэрацию (ворошение), которую повторяют с периодичностью раз в 7-10 дней в течение 20-25 суток. После завершения первой (высокотемпературной) стадии компостирования бурт расстилают для естественного подсушивания смеси слоем около 1 м. Наступающая вторая стадия проходит без дополнительного ворошения в течение 25-30 суток. На 65-70 сутки компостирования отбирают пробы на санитарно-паразитологические и санитарно-бактериологических показатели. Анализы обнаруживают их полное соответствие ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 (табл.2). На 100-е сутки компостирования почвенно-микробиологический анализ не выявил в пробах усиленных противогрибковых свойств (Фиг.1, нижний ряд).

Таблица 2
Санитарно-паразитологические и санитарно-бактериологические показатели смеси ОСВ и дробины (бурт № 2)
№ проб и глубина отбора	Яйца геогельминтов, экз./кг	Цисты патогенных простейших, экз./кг	Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы, клеток/г	БГКП, клеток/г
1 (0-10 см)	0	0	0	<103
2 (20-50 см)	0	0	0	<103

Пример 3.

Способ подготовки компостируемой смеси в бурте № 2 по примеру 2. После завершения первой стадии компостирования бурт расстилают для естественного подсушивания смеси слоем около 1 м и затем поливают жидкой культурой ФТБ вида Rhodobacter capsulatus, содержащей 10⁷-10⁸ клеток в одном мл суспензии, в объемных соотношениях к смеси 1:60. Наступающая вторая стадия проходит без дополнительного ворошения в течение 25-30 суток. На 65-70 сутки компостирования отбирают пробы на санитарно-паразитологические и санитарно-бактериологических показатели. Анализы обнаруживают их полное соответствие ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 (табл.2). На 100-е сутки компостирования почвенно-микробиологический анализ не выявил в пробах усиленных противогрибковых свойств (Фиг.1, нижний ряд).

Пример 4.

Способ подготовки компостируемой смеси в бурте № 2 по примеру 2. После завершения первой стадии компостирования бурт расстилают для естественного подсушивания смеси слоем около 1 м и затем поливают жидкой культурой ФТБ вида Rhodobacter capsulatus, содержащей 10⁹-10¹⁰ клеток в одном мл суспензии, в объемных соотношениях к смеси 1:60. Наступающая вторая стадия проходит без дополнительного ворошения в течение 25-30 суток. На 65-70 сутки компостирования отбирают пробы на санитарно-паразитологические и санитарно-бактериологических показатели. Анализы обнаруживают их полное соответствие ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 (табл.2). На 100-е сутки компостирования почвенно-микробиологический анализ не выявил в пробах усиленных противогрибковых свойств (Фиг.1, нижний ряд).

Пример 5.

Способ подготовки компостируемой смеси в бурте № 2 по примеру 2. После завершения первой стадии компостирования бурт расстилают для естественного подсушивания смеси слоем около 1 м и поливают жидкой культурой ФТБ вида Rhodobacter capsulatus, содержащей 10⁹-10¹⁰ клеток в одном мл суспензии, в объемных соотношениях к смеси 1:50 соответственно. Наступающая вторая стадия проходит без дополнительного ворошения в течение 25-30 суток. На 65-70 сутки компостирования отбирают пробы на санитарно-паразитологические и санитарно-бактериологических показатели. Анализы выявляют их полное соответствие ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 (табл.2). На 100-е сутки компостирования почвенно-микробиологический анализ выявил в пробах явно усиленные противогрибковые свойства (Фиг.1, верхний ряд). Это обусловлено более активным ростом бациллярных и актиномицетных форм микроорганизмов - антагонистов грибов в присутствии ФТБ, о чем можно судить по таким общепринятым показателям зрелости компоста, как отношения Бц/Г и А/Г, значения которых выше, чем в компосте без ФТБ (табл.3). Достигается технический результат.

Таблица 3
Влияние ФТБ на размножение бациллярных бактерий и актиномицетов в компосте, тыс./г
Вариант опыта	Бактерии (Б)	Бациллы (Бц)	Актиномицеты (А)	Грибы (Г)	Б/Г	Бц/Г	А/Г
Контроль Бурт № 1	1020	240	138	20	50	12	7
Компост с ФТБ Бурт № 2	1234	857	1010	10	126	87	102

Кроме того, агрохимические показатели проб из буртов № 1 и № 2, взятые через 100 суток, выявляют повышенное качество компоста, полученного с применением ФТБ (табл.4). За равный промежуток времени в таком компосте отмечается повышенное содержание гуминовых кислот (ГК), суммы гуминовых и фульвокислот (ГК+ФК), более высокие показатели емкости катионного обмена, что характеризует его как более зрелый.

Таблица 4
Агрохимические показатели компостов
Вариант опыта	С,%				Азот нитратный, мг/кг	Фосфор подвижный, мг/кг	Калий подвижный, мг/кг	Емкость катионного обмена, мг-экв/100 г
	ГК, %	ФК, %	ГК+ФК
Контроль Бурт № 1	4,45	2,74	7,19	1,73	177	9650	835	40
Компост с ФТБ Бурт № 2	5,68	2,85	8,53	1,99	215	10750	909	56

Проведенный зоотест с использованием земляного червя Eisenia fetida Sav., 1826 показал повышенные качества компоста с ФБТ (бурт № 2) как среды обитания для почвенных беспозвоночных. Через 3 месяца содержания в таком компосте численность червей была в 1,5 раза выше, чем в контроле (табл.5).

Таблица 5
Выживаемость червей E. fetida в разных видах компоста, экз.
	Исходное количество	Экспозиция
		1 мес.	2 мес.	3 мес.
Контроль Бурт № 1	50	50	50	52
Компост с ФТБ Бурт № 2	50	50	61	78

Проведенный фитотест с использованием кресс-салата [СанПиН 2.1.7.573-96] также выявил более высокие удобрительные качества компоста с ФТБ, так как одновозрастные проростки кресс-салата, выращенные на компосте с ФТБ (бурт № 2), более развиты, чем на компосте контрольного бурта (бурт № 1).

Опытные партии готового продукта, полученного заявляемым способом, уже нашли свое применение в городском зеленом строительстве и лесовосстановлении.

Заявленное техническое решение, позволяющее получить более качественный и с пониженной себестоимостью компост, найдет свое применение в коммунальном хозяйстве для биоконверсии осадка сточных вод.