Способ получения органического удобрения

05 11/00, 05 11/08 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ(57) Способ получения органического удобрения,включающий компостирование лигноцеллюлозных субстратов с навозом крупного рогатого скота, отличающийся тем, что в состав компостов дополнительно вводят мицелиальные отходы микробиологического производства тетрациклина и рифампицина в количествах, не превышающих соответственно 50 и 25 от массы компостов. Изобретение относится к производству органических удобрений на основе лигноцеллюлозного сырья и отходов производства антибиотиков и может быть использовано в сельском хозяйстве. Разработка новых видов удобрений должна ориентироваться на использование промышленных и сельскохозяйственных отходов - потенциальных источников ценных органических веществ, способных повышать плодородие почвы. К их числу относится солома, опилки, гидролизный лигнин (ГЛ) - многотоннажный отход химической переработки древесины, рациональное использование которого позволило бы значительно повысить рентабельность гидролизных заводов и решить серьезную экологическую проблему. Об остроте этой проблемы свидетельствуют следующие данные - в Беларуси вывозится в отвалы 200300 тыс. т/год гидролизного лигнина. Вместе с тем, в составе ГЛ 25-30 целлюлозы, 55-60 лигнина Класона, 5-6 минеральных веществ,что позволяет рассматривать ГЛ как потенциальный источник пополнения запасов гумуса почвы. Однако процессы гумификации ГЛ в естественных условиях протекают крайне медленно. Поэтому предварительная деструкция и активация является необходимым условием при использовании гидролизного лигнина в качестве удобрения. Компостирование ГЛ с навозом возможный вариант такой обработки. Известный способ получения лигноудобрений 1 включает нейтрализацию гидролизного лигнина и последующее его компостирование с навозом крупного рогатого скота в течение 3 месяцев. Известен также способ получения органического удобрения, включающий нейтрализацию мелом или доломитовой пылью гидролизного лигнина, смешивание его с навозом крупного рогатого скота и последующее компостирование смеси. Перед смешиванием с навозом крупного рогатого скота нейтрализованный гидролизный лигнин обрабатывают гидролизным шламом 2. Известен и способ получения органического удобрения, включающий нейтрализацию гидролизного лигнина добавками на основе карбонатсодержащих материалов и его последующее смешивание с навозом крупного рогатого скота. Для повышения питательной ценности удобрения и упрощения способа за счет увеличения скорости и степени нейтрализации гидролизного лигнина в качестве добавки на основе карбонатсодержащего материала используют дефекат 3. Доступное сырье в сочетании с простой техноло 1536 1 при температуре 18-20 С. Осуществляют постоянный микробиологический и биохимический контроль за ходом компостирования. Данные таблицы 3 свидетельствуют о высокой обсемененности отходов производства антибиотиков аммонифицирующими бактериями, вследствие чего при внесении мицелия актиномицетов в лигнонавозную смесь численность микроорганизмоваммонификаторов возрастает в 3-4 раза. В 7-25 раз увеличивается и концентрация спорообразующей микрофлоры. Титр микроорганизмов других групп при добавлении отходов производства антибиотиков в компосты изменяется незначительно. Сравнительная оценка состава микрофлоры лигно-навозного компоста (вариант 1) и компостов 6,7, не содержащих ПЖН, показывает, что при полной замене навоза мицелиальными отходами актиномицетов численность грибов, актиномицетов, денитрифицирующих бактерий практически не изменяется, а титр аммонификаторов,спорообразующих и нитрифицирующих бактерий возрастает. По всей вероятности, это обусловлено высоким содержанием в отходах производства антибиотиков необходимого для жизнедеятельности этих групп микроорганизмов субстрата - легко гидролизуемых форм органического азота в виде белка. Двухмесячное компостирование приводит к дальнейшей активизации процессов аммонификации и нитрификации, о чем свидетельствует увеличение численности аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий практически во всех компостах. Заметно возрастает количество грибов- основных деструкторов лигноцеллюлозных компонентов компостов. К концу третьего месяца компостирования процессы превращения азота идут на убыль, о чем свидетельствует снижение титра аммонификаторов, нитри- и денитрификаторов. Численность грибов также падает. По всей вероятности, в конце компостирования ведущая роль в разложении целлюлозы и лигнина принадлежит активно размножающимся актиномицетам. Характерно, что присутствие в составе компостов отходов производства антибиотиков практически во всех вариантах опыта оказывает стимулирующее действие на развитие этих групп микрофлоры и тем самым обеспечивает благоприятные условия для деструкции лигноцеллюлозных компонентов компостов. Биохимический анализ полученных лигноудобрений подтверждает результаты микробиологических исследований. Из данных таблицы 4 следует, что основные потери азота связаны с первыми двумя месяцами компостирования и составляют 11-28. Конечная концентрация азота в 3-месячных компостах с МО близка к значениям, полученным для лигно-навозных компостов и находится на уровне 1,5-1,9. Таким образом сбалансированность компостов по азоту от введения МО не ухудшается. Замена навоза отходами гией обеспечивают возможность практического использования указанных способов в любом хозяйстве. Применение микрофлоры навоза для частичной деструкции полимерных компонентов ГЛ оправдано, так как использование специально отобранных микроорганизмов-деструкторов связано с необходимостью их предварительного выращивания, что значительно усложняет и удорожает технологический процесс. Вместе с тем,ресурсы навоза крупного рогатого скота ограничены. Разработка способа компостирования ГЛ с альтернативными навозу видами сырья, в частностиотходами производства, позволила бы увеличить объем выпускаемых удобрений, снизить их себестоимость и при этом решить экологические проблемы, связанные с утилизацией отходов. К недостаткам этих способов 1,2,3 следует отнести также следующее- не оценена глубина деструктивных процессов при компостировании ГЛ с навозом- не изучена микрофлора компостов - важнейший показатель их биологической активности не определены условия для развития в компостах микроорганизмов-деструкторов лигнина. Нами предлагается способ компостирования ГЛ с мицелиальными отходами (МО) производства антибиотиков тетрациклина и рифампицина ПО Белмедпрепараты, которые выполняют функцию легкоусвояемого субстрата, необходимого для активации деятельности лигнолитических микроорганизмов в компостах. По данным ПО Белмедпрепараты в РБ ежегодно в виде побочных продуктов производства тетрациклина и рифампицина образуется около 3000 т указанных отходов, не находящих рационального использования и являющихся источником загрязнения окружающей среды. Они содержат до 25 сухих веществ, состоящих из белков, жиров, углеводов и зольных элементов. Наряду с соединениями биогенной природы в состав отходов входит также перлит или древесная мука в количестве до 10 от массы мицелия. Анализ отходов производства тетрациклина и рифампицина показал, что с учетом наличия в биомассе указанных примесей, общее содержание азота в них составляет соответственно ( от сухой массы) 2,4 и 2,0 а зольность достигает 7,5 и 32,1 . Остаточная активность тетрациклина в мицелиальных отходах составляет 33,4 ед/мг,рифампицина - 10,8 ед/мг. В составе золы обнаружены микроэлементы, необходимые для нормального развития растений - марганец, медь,цинк, кобальт, в концентрациях, не превышающих предельно допустимые (табл.1). Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами. Пример 1. Смеси, состоящие из разных количеств нейтрализованного ГЛ, полужидкого навоза (ПЖН) и МО (табл.2), компостируют в течение 3 месяцев 1536 1 ва антибиотиков, что, с одной стороны, обеспечивает благоприятные условия компостирования,хорошие качества и высокую эффективность компостов, а с другой стороны, снижает себестоимость компостов и содействует решению острой экологической проблемы, связанной с утилизацией МО. Пример 3. Изучены другие виды лигноцеллюлозных субстратов, в частности, солома в качестве потенциального сырья для совместного компостирования с МО с целью получения органических удобрений (табл. 6). Условия компостирования, как в примере 1. Эффективность компостов проверена в вегетационном опыте при выращивании ячменя. Условия проведения испытаний как в примере 2. Установлено, что солома при 3-месячном компостировании с ПЖН трансформируется в высокоэффективное удобрение, обеспечивающее стабильную прибавку урожая ячменя (к фону) 4,0 г/сосуд (табл. 7). Введение в состав соломонавозной смеси отходов производства антибиотиков в концентрации 16-50 от массы компостов оказывает благоприятное воздействие на микробиологические процессы при компостировании и качество полученных удобрений не уступает или превышает качество контрольных компостов, что подтверждается результатами испытаний (табл. 7). При более высокой концентрации МО (60) эффективность компостов снижается (вариант 5). Полученные результаты свидетельствуют, что наряду с гидролизным лигнином для компостирования МО может использоваться солома. Допустимая концентрация МО в соломонавозных компостах не должна превышать 50. В целом практическая реализация предложенного способа получения органического удобрения позволит 1. Рационально использовать гидролизный лигнин - многотоннажный отход гидролизных производств 2. Повысить эффективность лигнонавозных компостов за счет внесения в их состав отходов производства антибиотиков 3. С минимальными затратами решить экологические проблемы, связанные с необходимостью утилизации мицелиальных отходов производства антибиотиков 4. Высвободить значительные количества навоза для использования в качестве самостоятельного органического удобрения путем частичной замены его в компостах отходами производства антибиотиков. Взаимозаменяемость лигноцеллюлозных субстратов для компостирования обеспечивает рентабельность использования разработанного способа в различных регионах. производства антибиотиков приводит также к возрастанию степени деструкции целлюлозы или лигнина соответственно на 12-117 и 18-43 по сравнению с ЛНК. В целом, трехмесячное компостирование обеспечивает более глубокие преобразования исходного сырья, чем двухмесячное. Так,остаточная активность тетрациклина и рифампицина при двухмесячном компостировании практически не изменяется, тогда как в трехмесячных компостах активность тетрациклина не обнаружена, а активность рифампицина снижается практически вдвое. Проведенные исследования свидетельствуют,что введение в состав лигнокомпостов МО производства антибиотиков в концентрации 20-50 не оказывает отрицательного воздействия на микробиологические и биохимические процессы, протекающие при компостировании, а наоборот,активизируют их, что находит свое выражение в повышении степени деструкции высокополимерных компонентов ГЛ. Пример 2. Изучена эффективность действия лигнокомпостов на рост ячменя. Испытания проведены в вегетационных условиях на легкой супесчаной почве при норме внесения компоста 120 г на один вегетационный сосуд, что соответствует 20 т/га. Схема опыта и основные результаты 2 годичных исследований представлены в табл. 5. Повторность экспериментов 5-кратная. Установлено, что внесение на фоне минеральных удобрений нативных мицелиальных отходов производства тетрациклина и рифампицина (варианты 3-5), не подвергшихся предварительному компостированию, приводит к снижению урожайности ячменя с 8,2 (фон) до 7,0-5,8 г/сосуд соответственно. Ингибирующий эффект отходов производства рифампицина сильнее, чем мицелиальных отходов производства тетрациклина. В процессе 3-месячного компостирования отходов производства антибиотиков с лигнонавозной смесью в соотношениях 0,51 и 11 происходит микробное разложение компонентов компостов, вследствие чего ингибирующее действие МО устраняется (варианты 10, 11, 14-16). В целом, если комплексное применение минеральных удобрений и ЛНК обеспечивает среднюю прибавку урожая 8,9 г/сосуд, то при добавлении к минеральному фону лигнонавозных компостов с отходами производства тетрациклина или со смешанными МО урожайность ячменя составляет 8,8-9,4 г/сосуд. Таким образом эффективность компостов с МО не уступает или превышает эффективность контрольных лигнонавозных компостов. В качестве обязательного компонента при компостировании МО должен присутствовать навоз, так как при его отсутствии эффективность полученных удобрений снижается (варианты 12, 13). Результаты исследований позволяют сделать вывод о целесообразности использования в составе лигнонавозных компостов отходов производст 3 1536 1 Таблица 1 Микроэлементный состав гидролизного лигнина и отходов производства антибиотиков (мг/кг СВ) Микроэлемент приведены данные для различных партий ГЛприведены нормы, принятые в различных странах Таблица 2 Схема закладки компостовп/п ГЛ - нейтрализованный гидролизный лигнин ПЖН - полужидкий навоз ЛНС - лигнонавозная смесь (ГЛПЖН) МОр, МОт - мицелиальные отходы производства антибиотиков рафампицина и тетрациклина, соответственно 1536 1 Таблица 3 Изменение количественного и качественного состава микрофлоры в процессе компостирования гидролизного лигнина с отходами производства антибиотиков Группы микроорганизмов, питательная среда для их контроля Варианты компоста СпорообАктиноми- Денитрифицирующие разующие цеты бактерии микроорга- (крахмалонизмы аммиачный (среда Гильтая) смешанный агар) агар МПА сусло 1536 1 Таблица 4 Изменение химического состава лигноудобрений в процессе компостирования Остаточная анти- Степень деструкбиотическая акции,тивность, ед/мг целлюлигрифам- тетралозы нина пицина циклиКлана сона 7 8 9 10 1536 1 аблица 5 Оценка эфективности действия лигнокомпостов на урожайность ячменя в условиях вегетационного опыта Вариант опыта Урожайность Прибавка урожая, г/сосуд пп зерна, г/сосуд к контролю к фону 1 Без удобрений (контроль) 3,0 2 РК (фон) 8,2 5,2 3 ФонМОр 5,8 2,8 4 ФонМОр 6,9 3,9 5 Фон(МОрМОт) 7,0 4,0 6 ФонГЛ 11,3 8,3 3,1 7 Фонкомпост 1 11,9 8,9 3,7 8 Фонкомпост 2 10,5 7,5 2,3 9 Фонкомпост 3 9,7 6,7 1,5 10 Фонкомпост 4 11,8 8,8 2,9 11 Фонкомпост 5 12,1 9,1 3,9 12 Фонкомпост 6 8,2 5,2 0,0 13 Фонкомпост 7 8,2 5,2 0,0 14 Фонкомпост 8 12,4 9,4 4,2 15 Фонкомпост 9 12,2 9,2 4,0 16 Фонкомпост 10 12,0 9,0 3,8- аммиачную селитру, суперфосфат, хлористый калий вносили в количестве 2,6 1,8 2,1 г/сосуд соответственно Таблица 6 п/п 1 2 3 4 5 Схема закладки компостов на основе соломы, навоза и МО Вариант МО, г ПНЖ, г МОр МОт СНС 4000 СНС(МОрМОт) 10,2 300 300 2610 СНС(МОрМОт) 10,5 650 650 2261 СНС(МОрМОт) 11 1000 1000 1740 СНС(МОрМОт) 11,5 1200 1200 1390- соломонавозная смесь (150 г сухой соломы на 1 кг ПНЖ) Таблица 7 Оценка эффективности действия компостов на основе соломы, навоза и МО на урожайность ячменя в условиях вегетационного опыта Вариант Без удобрений (контроль) РК (фон) Фонкомпост 1 Фонкомпост 2 Фонкомпост 3 Фонкомпост 4 Фонкомпост 5- аммиачную селитру, суперфосфат, хлористый калий вносили в количестве 2,6 1,8 2,1 г/сосуд соответственно оставитель Л.М. Новикова Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Заказ 2434 Тираж 20 зкз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.