Способ приготовления компоста с использованием пивной дробины

Способ приготовления компоста с использованием пивной дробины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам переработки навоза и другого органического сырья.

Разработка новых технологий переработки органического сырья сводится к поиску экономически выгодных и экологически приемлемых технологий получения продуктов с заранее заданными свойствами. Решение проблемы рационального использования многотоннажных отходов сельского хозяйства ведет к сбережению природных ресурсов, расширению кормовой базы животноводства, значительному уменьшению загрязнения окружающей среды.

Известен способ приготовления компоста (пат. СССР №1813085, кл. 5 С 05 F 3/00, 15/00, 1993), включающий послойную укладку навоза и влагопоглощающего органического материала, перемешивание компонентов при одновременном перемещении смеси в ферментер с укрытием ее слоем готового компоста и последующее аэробное компостирование смеси.

Недостатками этого способа являются длительность процесса компостирования, особенно в зимних условиях, из-за повышенной влажности смеси, и низкая удобрительная ценность получаемого компоста.

Известен способ приготовления компоста многоцелевого назначения (пат. РФ №2112764, кл. 6 С 05 F 3/00, 1997, прототип), включающий послойную укладку навоза и влагопоглощающего органического материала, перемешивание компонентов при одновременном перемещении смеси в ферментер, причем загружаемую в ферментер смесь перемешивают с готовым компостом в массовом соотношении 9:1, и последующее аэробное компостирование смеси посредством периодического вентилирования ее воздухом в течение 3-4 суток, поддерживая содержание кислорода в пределах 5-12% и влажность смеси 50-60%.

Недостатком данного способа приготовления компоста является сравнительно низкая степень конверсии компостируемого сырья, что обусловлено рядом причин: во-первых, 3-4-дневный срок компостирования не позволяет в полной мере задействовать ферментный потенциал микрофлоры, а значит, получаемый продукт все еще содержит в себе большое количество не трансформированных микроорганизмами органических соединений, что определяет его относительно низкие удобрительные свойства; во-вторых, недостаточное измельчение компонентов исходной смеси свидетельствует о невозможности ее равномерного аэрирования по всему объему ферментера. Кроме того, необходимость использования готового компоста приводит к увеличению себестоимости получаемого продукта.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении технологичности способа, увеличении степени конверсии отходов, а также снижении себестоимости получаемого продукта.

Технический результат изобретения - улучшение характеристик компоста, используемого в качестве удобрения, выражающееся в высокой питательной ценности.

Поставленная в изобретении задача решена путем введения в состав исходной смеси в способе приготовления компоста с использованием пивной дробины, включающем перемешивание послойно уложенных органических отходов и торфа, загрузку смеси в ферментер и последующее аэробное компостирование смеси посредством периодического вентилирования ее воздухом при влажности смеси 50-60%, пивной дробины в количестве 10-20% к общей ее массе, которую перед операцией перемешивания компонентов смеси послойно укладывают с органическими отходами и торфом, при этом органические отходы и торф вместе с пивной дробиной берут в соотношении 50:50, кроме того, периодическое вентилирование смеси проводят в течение 7 суток по 20 секунд каждые 10 минут. Органические отходы и торф предварительно измельчают до гранулометрического состава от 0,1 до 10 мм. Кроме того, в качестве органических отходов берут навоз и птичий помет в количестве, мас.%, 35 и 15 соответственно, в компостируемой смеси.

Пивная дробина является отходом пивоварения с большой влажностью и характеризующимся нестойкостью при хранении. Несмотря на множество известных способов хранения и переработки пивной дробины, она не используется полностью в качестве вторичного сырья, что приводит к ее накоплению на пивоваренных предприятиях с последующей порчей: разложению и перегниванию.

Реализация заявляемого решения не только позволяет успешно решать задачу утилизации отходов сельского хозяйства, но и обеспечить решение целого ряда проблем пивоваренных предприятий, связанных с накоплением отходов и изменением их свойств при хранении.

Предварительная оценка возможности использования пивной дробины показала ее высокую сырьевую ценность. Проведенный с привлечением утвержденных государственных стандартов анализ ее биохимического состава показал, что пивная дробина является субстратом, богатым органическими и минеральными веществами: белками, жирами, клетчаткой и др. (табл.1). Это позволило сделать вывод о возможности ее использования в качестве ценного агента в процессах компостирования.

Равномерным перемешиванием компонентов компостируемой смеси с пивной дробиной достигаются в равной степени оптимальные условия жизнедеятельности аэробных термофильных микроорганизмов по всему объему смеси в ферментере.

Экспериментально был найден режим продувки, осуществляемый в течение 20 секунд каждые 10 минут, оптимальный для развития большинства групп микроорганизмов, усиления их функциональной активности, направленной на активную трансформацию веществ смеси.

В начале процесса ферментации наблюдается развитие всех форм микроорганизмов, изначально присутствующих в смеси и осуществляющих ее активное разложение, причем активность микроорганизмов возрастает за счет внесения в компостируемую смесь пивной дробины. Ближе к концу процесса фермент целлюлоза достигает максимальной активности, что приводит к деградации целлюлозосодержащих компонентов смеси, а энергия экзотермических реакций целлюлозоразложения необходима для пастеризации компонентов смеси и уничтожения патогенной микрофлоры. В этот момент наблюдается стабилизация ферментируемой смеси по свойствам.

Аэробные условия компостирования, осуществляемого посредством периодического вентилирования смеси воздухом, активируют деятельность микроорганизмов, участвующих как в реакциях распада, так и в реакциях синтеза, благодаря чему формируются продукты, обладающие высокой удобрительной ценностью, а именно повышенным содержанием подвижных форм питательных элементов (P₂O₅, К₂О), N_общ, благоприятным уровнем рН и достаточным для улучшения и поддержания почвенного плодородия количеством агрономически ценной микрофлоры.

Использование торфа при приготовлении исходной смеси преследует две цели: во-первых, торф является влагопоглощающим материалом (это важно, поскольку средняя влажность экскрементов: навоза, птичьего помета колеблется от 65 до 88%), а, во-вторых, торф сам выступает в качестве сырья в процессе компостирования.

Результаты исследований показали, что использование пивной дробины, частично замещающей торф, в качестве биологически активного субстрата по-разному влияет на биотермические процессы. Установлено, что наибольшей биотермической активностью микрофлоры характеризуются варианты компостирования при использовании 10-20% пивной дробины к общей массе исходной смеси (фиг.2). Это связано с активным вовлечением в процесс компостирования ферментного аппарата микроорганизмов, содержащихся в пивной дробине, и, как следствие, с более глубокими биохимическими превращениями, происходящими в компостируемой смеси.

Сравнительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ приготовления компоста с использованием пивной дробины отличается от известного тем, что для его реализации не требуется использование готового компоста, что существенно сокращает число производственных операций при неизменном сохранении качества получаемого продукта. Кроме того, внесение в исходную смесь для компостирования частично замещающего торф и более дешевого компонента - пивной дробины в количестве 10-20% от общей массы исходной смеси позволяет существенно увеличить степень конверсии компостируемой массы и снизить себестоимость (до 10%) получаемого компоста.

Для пояснения способа приготовления компоста с использованием пивной дробины приведены чертежи, где на фиг.1 изображен ферментер (общий вид), на фиг.2 - графики временных зависимостей температуры ферментируемых смесей с различным содержанием пивной дробины (5%, 10%, 15%, 20%).

Способ приготовления компоста с использованием пивной дробины включает следующие операции:

- измельчение компонентов исходной смеси: навоза, торфа, птичьего помета;

- послойная укладка навоза, торфа, птичьего помета и пивной дробины;

- перемешивание компонентов;

- загрузка смеси в ферментер;

- периодическое вентилирование смеси воздухом в течение 7 дней по 20 секунд каждые 10 мин при влажности смеси в пределах 50-60%.

Ферментер для осуществления способа приготовления компоста с использованием пивной дробины состоит из кирпичного или железобетонного корпуса 1, закрытого сверху крышкой 2 с отверстиями для введения датчиков.

Вентилирование смеси воздухом осуществляют с использованием таймера продувки 3, напорного вентилятора 4 и сети воздуховодов 5. Контроль температурного режима смеси осуществляют при помощи термометра 6.

Для проведения процесса приготовления компоста с использованием пивной дробины готовят смесь из навоза (Н), торфа (Т), птичьего помета (П) и пивной дробины (ПД).

Для ферментера с полезным объемом 0,5 м³ необходимо ~200-250 кг смеси влажностью 50-60%. Приготовленную смесь загружают в ферментер 1, закрывают крышкой 2. В отверстие для измерения температуры помещают датчик 6. Включают таймер продувки 3 и вентилируют смесь при помощи напорного вентилятора 4 в течение 7 суток по 20 секунд каждые 10 минут.

Заявленный способ осуществляется следующим образом.

На бетонированную площадку перед ферментером завозят сырье: торф, навоз, птичий помет, пивную дробину с одновременной укладкой в штабель слоями расчетной толщины до средней влажности 50-60%. Процентное соотношение компонентов в смеси Т:Н:П:ПД=35:35:15:15. Затем масса из штабеля с помощью погрузчика (например, ПФ-0,75) подается в навозоразбрасыватель (например, ПРТ-7 или РОУ-6), где перемешивается и одновременно загружается в ферментер 1 до заполнения его на высоту не более 2 м.

После загрузки ферментера включают напорный вентилятор 4 и по системе напорных воздуховодов 5 подают воздух в необходимых количествах и в определенных интервалах с помощью таймера продувки 3 пульта управления в течение 7 суток по 20 секунд каждые 10 минут. Периодически контролируют температуру смеси с помощью электронного термометра 6. Компостирование при влажности смеси 50-60% осуществляют в течение 7 суток, при этом смесь разогревается до 70°С и выше, чем обеспечивается обеззараживание компостируемой массы от патогенных микроорганизмов, семян сорных растений, яиц гельминтов. Сигналом готовности продукта является падение температуры до 30°С в смеси, зарегистрированное с помощью электронного термометра 6. Выгрузка готового продукта из ферментера 1 проводится типовым фронтальным погрузчиком.

Результаты сравнительного анализа составов компоста многоцелевого назначения и компостов, приготавливаемых по заявляемой технологии, представлены в табл.2.

Продукт ферментации, получаемый с использованием 15% пивной дробины, характеризуется сопоставимым с прототипом уровнем кислотности; высоким содержанием азота; повышенным содержанием подвижных форм фосфора и калия; высоким содержанием агрономически ценной микрофлоры. Данное обстоятельство позволяет считать указанный вариант оптимальным для получения компоста, обладающего высокой удобрительной ценностью, направленной на повышение почвенного плодородия и улучшение жизнедеятельности растений.

Полученный компост, представляющий собою однородную сыпучую массу, удобен для транспортировки, фасовки и внесения в почву и может широко использоваться в земледелии: в качестве основного удобрения, подкормки, мульчирующего антисептического материала, субстрата для подготовки почвогрунтов, изготовления питательных горшочков и смесей.

Таблица 1Химический состав пивной дробины
Наименование отхода	Содержание, % от сухой массы
жир	белок	клетчатка	Nобщ	Р
Пивная дробина	5,7	20	18,1	3,2	0,4
Таблица 2Сравнительный анализ компоста многоцелевого назначения и компостов, получаемых по заявляемой технологии
Виды компостов	Анализируемый показатель
Nобщ, %	Р2O5, %	К2O, %	pН	∑ АЗТМК, млн
Компост многоцелевого назначения (КМН) по ТУ	1,7	1,5	1,5	6,3-7,2	500,0
Т (45%) + Н (35%) + П (15%) + ПД (5%)	1,91	1,66	1,6	6,8	520,0
Т (40%) + Н (35%) + П (15%) + ПД (10%)	2,03	1,82	1,68	6,67	570,0
Т (35%) + Н (35%) + П (15%) + ПД (15%)	2,17	2,0	1,81	6,62	790,0
Т (30%) + Н (35%) + П (15%) + ПД (20%)	2,31	2,4	1,74	6,56	700,0
Примечание: Т - торф, Н - навоз, П - птичий помет, ПД - пивная дробина, ∑ АЗТМК - сумма азоттрансформирующих микроорганизмов

Использование предлагаемого способа позволяет по сравнению с существующим повысить удобрительную ценность компоста за счет увеличения степени конверсии перерабатываемого сырья, существенно снизить себестоимость конечного продукта за счет привлечения более дешевого, нежели торф, ингредиента - пивной дробины, решить проблему утилизации отходов пивоварения.

1. Способ приготовления компоста с использованием пивной дробины, включающий перемешивание послойно уложенных органических отходов и торфа, загрузку смеси в ферментер и последующее аэробное компостирование смеси посредством периодического вентилирования ее воздухом при влажности смеси 50-60%, отличающийся тем, что в состав исходной смеси дополнительно вводят пивную дробину в количестве 10-20% к общей ее массе, которую перед операцией перемешивания компонентов смеси послойно укладывают с предварительно измельченными до гранулометрического состава от 0,1 до 10 мм органическими отходами и торфом, при этом органические отходы и торф вместе с пивной дробиной берут в соотношении 50:50, кроме того, периодическое вентилирование смеси проводят в течение 7 суток по 20 с каждые 10 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органических отходов берут навоз и птичий помет в количестве, 35 и 15 мас.%, соответственно в компостируемой смеси.