Способ приготовления компоста многоцелевого назначения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОСТА МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Гринчик Николай Николаевич Горбачев Николай Михайлович Драгун Владимир Леонидович Жданок Виталий Александрович Козловская Ирина Петровна Тиво Петр Филиппович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ приготовления компоста многоцелевого назначения, заключающийся в том,что навоз и влагопоглощающий органический материал послойно укладывают и перемешивают с готовым компостом при массовом соотношении 91, полученную смесь с концентрацией кислорода 5-12 и влажностью 50-60 загружают в ферментер и проводят компостирование смеси при периодическом вентилировании выходящими из ферментера газами, очищенными путем пропускания через воду с не содержащим токсичных веществ активным илом при температуре 15-25 С, при этом относительную влажность газов поддерживают равной не менее 80 , после достижения в ферментере температуры смеси не менее 60 С продолжают вентилирование в течение 1-2 суток очищенными газами, в которые добавляют не менее 1 паров аммиака, образовавшийся избыточный ил периодически подают в ферментер, готовый продукт выгружают. 18125 1 2014.04.30 Изобретение относится к производству органических удобрений, в частности к способам приготовления компоста на основе органических отходов, например навоза, и может быть использовано в сельском хозяйстве, а также в энергетике для получения горючего газа. Известен способ приготовления компоста, описанный в 1, а также обеззараживающее действие аммиака. Данный способ включает послойную укладку навоза компостируемой массы и влагопоглощающего материала. Для обеспечения требуемой для биотермического обеззараживания температуры соотношение между компостируемой массой и влагопоглощающим материалом находится в пределах от 12 до 19. При этом штабель укладывают рыхло. Известно из 2, что для предотвращения распространения возбудителей инфекционных болезней переукладка штабеля является недопустимой. Но и без переукладки штабель является источником инфекционных болезней, меркаптанов, туберкулеза и др. Действительно, в нагретой до 60 С компостируемой массе парциальное давление газов (сумма парциальных давлений сухого воздуха, пара и аммиака) существенно превышает атмосферное давление, поэтому возможно распространение инфекций в атмосфере. Обсыпка штабеля торфом, укрытие пленкой не гарантирует защиту атмосферы от возбудителей болезней. Недостатками этого способа также являются длительность способа приготовления компоста, особенно в зимних условиях, низкая удобрительная ценность компостируемой массы. Известно из 3, что в окружающей среде обитают микроскопические грибы, способные длительное время сохраняться в почве, растениях, фураже, навозе. В настоящее время описано более 400 микотоксинов. Они образуются 350 видами грибов. Разрушение микотоксинов аммиаком также известно 3. Контаминация зерна и комбикормов грибами и продуктами их жизнедеятельности (микотоксинами) в настоящее время является серьезной проблемой. Не менее 25 зерна ежегодно загрязнено микотоксинами. Микотоксины в пищеварительном тракте животных не уничтожаются, поэтому значительная часть навоза также поражена микотоксинами. Способы инактивации микотоксинов в виде кормовых добавок, которые используют в Беларуси, лишь уменьшают поступление микотоксинов в кровяное русло, но выделяются из организма животных с фекалиями. Сорбенты, например активированный уголь, также частично связывают микотоксины, которые также удаляются с фекалиями. Если не уничтожать микотоксины в навозе, то использование органических удобрений приведет к ежегодному увеличению поражения ими зерна. В настоящее время наблюдается тенденция в возрастании количества микотоксинов в продуктах питания и почве. Имеются и другие причины загрязнения кормов микотоксинами хранение,транспортировка. Содержание микотоксинов в кормах даже в следовых количествах (не более 0,1 мг/кг) приводит к существенным экономическим потерям за счет ухудшения продуктивности и иммунного состояния животных. Обработка зерна в сушилках, линиях обжаривания, экструдирование, микроионизация требуют специального дорогостоящего оборудования. Циклическое, ежегодное поступление микотоксинов в почву с органикой является крайне нежелательным. Данные способы приготовления компоста не приводят к уничтожению микотоксинов. Известно также из 4, что внесение аммиака в компост до достижения его максимальной температуры нежелательно, так как сразу после этого резко уменьшается количество всех, в том числе термофильных микроорганизмов. Известно из 5, что при температуре 60 С и концентрации аммиака в воде 3,86 давление аммиака составляет 136,9 мм. рт. ст. или 18 атмосферного давления, поэтому при нагреве компоста значительная часть аммиака, других летучих соединений уходит в атмосферу, теряется удобрительная ценность компоста. При обработке соломы аммиаком повышается не только питательная ценность соломы на корм, но в такой соломе не заводятся мышевидные грызуны, поэтому ее целесообразно использовать для глубокой подстилки. Широкого распространения данный способ 4 не 2 18125 1 2014.04.30 получил из-за частичного содержания свободного аммиака, который удалить вентилированием скирды из соломы обычным атмосферным воздухом практически невозможно. Из 6 известно, что предельно допустимая концентрация аммиака в атмосфере воздуха территории промышленного предприятия составляет 7 мг/м 3, а населенного пункта 0,2 мг/м 3. Населенные пункты, как правило, находятся на сравнительно небольших расстояниях от ферм, поэтому удаление аммиака, других вредных веществ является актуальным вопросом. Запахи ферм в настоящее время человек ощущает, как правило, за 2-3 км и более от птицефабрики или животноводческого комплекса, особенно при отсутствии лесозащитных полос. Согласно 7, порог восприятия запаха аммиака обонянием составляет 35 мг/м 3, что значительно превышает предельно допустимую концентрацию. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ приготовления компоста многоцелевого назначения 8, включающий послойную укладку навоза и влагопоглощающего органического материала, перемешивание компонентов при одновременном перемещении смеси в ферментер, последующее аэробное компостирование смеси в ферментере при влажности смеси 50-60 и периодическом вентилировании в течении 3-4 суток, при этом концентрацию кислорода в смеси поддерживают в пределах 5-12 , а перед компостированием загружаемую в ферментер смесь перемешивают с готовым компостом в массовом соотношении 91. Недостатком данного способа приготовления компоста является периодическое вентилирование штабеля воздухом, что приводит к распространению возбудителей инфекционных болезней, а также унос аммиака в атмосферу при вентилировании. Задачей изобретения является повышение экологических показателей и эффективности способа приготовления компоста, а также качества готовой продукции за счет значительного уменьшения загрязнения компоста микотоксинами. Задача решается следующим образом. Способ приготовления компоста многоцелевого назначения заключается в том, что навоз и влагопоглощающий органический материал послойно укладывают и перемешивают с готовым компостом при массовом соотношении 91, полученную смесь с концентрацией кислорода в ней 5-12 и влажностью 50-60 загружают в ферментер и проводят компостирование смеси при периодическом вентилировании выходящими из ферментера газами, очищенными путем пропускания через воду с не содержащим токсичных веществ активным илом при температуре 15-25 С, при этом относительную влажность газов поддерживают равной не менее 80 , после достижения в ферментере температуры смеси не менее 60 С продолжают вентилирование в течение 1-2 суток очищенными газами, в которые добавляют не менее 1 паров аммиака, образовавшийся избыточный ил периодически подают в ферментер, готовый продукт выгружают. На фигуре изображена схема осуществления предлагаемого способа. Компостирование смеси 1 осуществляют в железобетонном или кирпичном ферментере 2 размерами 5104,5 м с воротами и крышей (на фигуре не показаны). Ферментер оборудован вытяжным и напорным компрессорами 3 с регулируемой подачей воздуха,имеет двухпозиционные переключатели 4. Система для реализации данного способа приготовления компоста содержит также воздуховоды и бассейн 5, на дне которого установлены перфорированные трубы (на фигуре не показаны). Бассейн 5 заполнен водой,насыщенный пузырьками воздуха и активным илом 6 для аэробной биологической очистки воды, из которого активный ил 6 поступает в бассейн 7 для осаждения избыточного ила 8. Из бассейна 7 с помощью илососа 9 и клапана 10 избыточный ил 8 периодически загружается в ферментер 2. Датчики 11 температуры, кислорода, аммиака и влажности смеси, емкость 12 с аммиачной водой, содержащая на дне перфорированные трубы (на фигуре не показаны), а также индексы а, в, е, г, т, к, д, н являются метками для указания пути движения воздуха по воздуховодам. 18125 1 2014.04.30 Способ приготовления компоста многоцелевого назначения реализуется следующим способом. Пример. На бетонированную площадку завозят сырье навоз, влагопоглощающий органический материал (торф, опилки, измельченную солому и другие наполнители) и готовый компост. Затем навоз и влагопоглощающий органический материал послойно укладывают и перемешивают с готовым компостом при массовом соотношении 91, например, в навозоразбрасывателе. Полученную смесь 1 с концентрацией кислорода в ней 5-12 и влажностью 50-60 погрузчиком загружают в ферментер 2 на высоту не более 2 м. Включают напорный и вытяжной компрессоры 3 и проводят компостирование смеси при периодическом вентилировании выходящими из ферментера 2 газами, очищенными путем пропускания через воду с не содержащим токсичных веществ активным илом 6 при температуре 1525 С. Для этого выходящие из ферментера газы движутся по воздуховодам а-е на дно бассейна 5 с перфорированными трубами (на фигуре не показаны), где происходит активное барботирование воды пузырьками газов из ферментера, которые содержат аммиак,углекислый газ (2), меркаптаны, а иногда возбудителей болезней. В воде растворяется аммиак, меркаптаны, другие токсичные газы, поглощаются возбудители инфекционных болезней. Кислород воздуха и активный ил 6 очищают воду. При этом относительную влажность газов поддерживают равной не менее 80 . Частично очищенные газы из бассейна 5 по воздуховодам д, к, т, г подают в ферментер 2 снизу, при этом непрерывно контролируют датчиками 11 влажность смеси, содержание кислорода и температуру. При недостатке кислорода в смеси компрессором 3 подают чистый атмосферный воздух. После достижения в ферментере температуры смеси не менее 60 С продолжают вентилирование в течение 1-2 суток очищенными газами, в которые добавляют не менее 1 паров аммиака. При разогреве смеси компост пересыхает, поэтому необходимо подавать на вентилирование газы с высокой относительной влажностью. В воде содержится активный ил 6 с концентрацией 1 г на 1 литр воды. В настоящее время активный ил 6 широко используется для аэробной биологической очистки сточных вод, при этом на очистку воды, содержащей 1-3 г твердых частиц, расходуют 10 м 3 воздуха. Готовый продукт выгружают. Температура воды, содержащая активный ил 6, находится в пределах 15-25 С, работа активного ила 6 в этом случае наиболее эффективна. Через 8 ч барботирования выходящими из ферментера газами воды с илом вода станет чистой, поэтому она поступает в бассейн 7 для осаждения избыточного ила 8. Далее образовавшийся избыточный ил 8 периодически подают на клапан 10 для его загрузки в ферментер 2 или подают в бассейн 5 (на фигуре не указано) илососом 9. Избыточный ил 8 является ценным удобрением при условии отсутствия в нем токсичных веществ. Ил городских стоков в качестве удобрения не пригоден. Экспериментально нами было установлено явление зависимости обеззараживающего действия аммиака на микотоксины в функции температуры. Обеззараживающее действие аммиака на навоз, навозные стоки хорошо известно. Для этого достаточно использовать 30 кг аммиака (время контакта 3-5 суток) на 1 м 3 навоза. Исследования показали, что пары аммиака при повышенной температуре практически уничтожают микотоксины. В качестве исходного образца исследовали кукурузную муку, загрязненную микотоксинами дезоксинивалеон (ДОН) - 2,32 мг/кг, трихотеценовые микотоксины, продуцируемые грибами рода фузариум (Т-2) - 0,122 мг/кг. В фуражном зерне и продуктах его переработки допускается содержание микотоксинов дезоксинивалеон - 1 мг/кг, трихотеценовые микотоксины - 0,1 мг/кг. 4 18125 1 2014.04.30 В результате проведенных исследований установлено, что при температуре 20 С и выдержке кукурузной муки в парах аммиака (парциальное давление паров аммиака должно быть не менее 1 от давления воздуха при температуре 0 С) в течение суток содержание микотоксинов стало дезоксинивалеон - 1,82 мг/кг, трихотеценовые микотоксины 0,107 мг/кг. Аналогичные опыты были проведены при температуре 40 и 60 С. При температуре 40 С содержание микотоксинов дезоксинивалеон - 1,5 мг/кг, трихотеценовые микотоксины - 0,11 мг/кг. Некоторое увеличение трихотеценовых микотоксинов можно объяснить погрешностью измерений. При 60 С содержание микотоксинов дезоксинивалеон - 0,222 мг/кг, трихотеценовые микотоксины - 0,05 мг/кг. Следовательно, при температуре не менее 60 С аммиак является эффективным обеззараживающим средством. После действия аммиака кукурузная мука удовлетворяет санитарным нормам. В биогазовых установках содержание сухих веществ при метановом брожении составляет не более 8 , при использовании гидравлических систем навозоудаления содержание сухого вещества колеблется в пределах 3-8 . Благодаря гнилостному разложению сложных органических составных частей растений, экскрементов животных возникают простейшие вещества - углекислота, вода, аммиак, азотная, азотистая, серная, фосфорная кислоты, которые используются в природе для синтеза нового живого вещества, клеток растений, избыточного ила. Простейшие вещества, например аммиак, обладают бактерицидными свойствами. Разбавление навоза водой приводит к серьезным экологическим проблемам, так как концентрация основного обеззараживающего агента - аммиака за счет разбавления водой резко снижается. Однако концентрация аммиака смеси будет также снижаться за счет ее разбавления соломой, торфом, опилками. Именно поэтому после разогрева смеси 1 в ферментере 2 до максимальной температуры (не менее 60 С), которую определяют датчиком 11 температуры, переключатели 4 устанавливают в положение,которое обеспечивает движение газов по воздуховодам а, в, к, н, г через емкость 12, содержащую аммиачную воду и перфорированные трубки (на фигуре не показаны) на дне. Теплыми газами из ферментера 2 начинают барботировать емкость 12 с раствором аммиака, образующиеся пары аммиака вентилируют смесь 1 по замкнутому контуру. Парциальное давление паров аммиака должно быть не менее 1 от атмосферного давления при температуре 0 С. Если паров аммиака меньше, то эффект обеззараживания незначителен. Вводить пары аммиака до достижения компостом максимальной температуры нежелательно, так как сразу после этого резко уменьшается количество всех, в том числе термофильных микроорганизмов. Для выполнения данного условия используют аммиачную воду с концентрацией 4-5 вес.в воде (температура 0 С). При температуре 60 С и концентрации паров аммиака в воде 3,86 давление паров аммиака уже составляет 136,9 мм рт. ст. или 18 от атмосферного давления, поэтому для эффективного обеззараживания достаточно использовать аммиачную воду с концентрацией аммиака в воде 1-2 . При температуре 0 С с концентрацией паров аммиака 3,72 вес.давление паров аммиака составляет 11,4 мм рт. ст. или 1,5 от атмосферного давления. Барботирование емкости 12 с раствором аммиака осуществляют теплым воздухом из ферментера 2 с температурой не менее 40 С,поэтому достаточно использовать слабые растворы аммиака в воде, что очень важно с точки зрения техники безопасности. Через 1-2 суток после периодического вентилирования смеси парами аммиака переключатели 4 устанавливают в положение для движения газов по воздуховодам метки а-е для очистки воздуха от аммиака и других газов компостирования в емкостях 6, 7. Обеззараженный компост допустимо вентилировать и обычным воздухом. 18125 1 2014.04.30 Сигналом готовности продукта является падение температуры до 30 С в смеси. Выгрузка готового продукта из ферментера 2 проводится обычным фронтальным погрузчиком. Компост многоцелевого назначения может использоваться в нескольких направлениях. В энергетике для получения топливных брикетов торф с компостом многоцелевого назначения на торфобрикетных заводах, имеющих два питателя. Теплую воду можно использовать для отопления животноводческих комплексов. Данный способ позволяет использовать для обогрева помещений глубокую подстилку из соломы. Систему для очистки воздуха, выходящего из ферментера, датчики кислорода, углекислого газа, аммиака можно использовать для вентиляции животноводческих комплексов. В этом случае возможно использование в животноводческих комплексах глубокой подстилки из резаной соломы вместо биогазовых установок и гидросмыва. Глубокая подстилка вследствие процессов окисления соломы и экскрементов согревает животноводческие помещения. В настоящее время датчики кислорода, углекислого газа, аммиака на фермах не используют. Однако при наличии глубокой подстилки вследствие гниения (окисления) органических веществ образуются вредные газы, поэтому необходимы соответствующие датчики и вентиляция с использованием аэробной биологической очистки активным илом. Данная система может эффективно применяться для очистки жидких канализационных стоков агрогородков вместо использования значительных по площади полей фильтрации. Предлагаемый способ может использоваться для очистки жидких канализационных стоков животноводческих предприятий. В земледелии компост можно применять как экологически чистое удобрение, субстрат для подготовки почвогрунтов, антисептическая подстилка для скота, в которой не заводятся мышевидные грызуны. Использование данного способа приготовления компоста позволяет улучшить экологическую ситуацию в животноводческих помещениях и агрогородках, сократить время компостирования до нескольких недель, осуществлять процесс в зимних условиях, повысить удобрительную ценность навоза и уменьшить содержание микотоксинов. Данный способ также позволяет перейти к содержанию животных на глубокой соломенной подстилке без ежедневной уборки навоза при гидравлической системе. В этом случае, конечно, требуется вносить на каждое животное 2-3 кг свежей резаной соломы. В настоящее время для утилизации навоза все более широко используют биогазовые установки. Отработанный в биогазовой установке навоз выливают в лагуну - отстойник. После метанового брожения на дне лагуны находится ценное удобрение, хотя основная часть отходов - вода с содержанием сухих веществ не более 1 . От лагуны воду развозят на десятки километров, поэтому велики транспортные расходы. Как удобрение вода мало эффективна. В ценном удобрении на дне лагуны и в воде имеются микотоксины, так как метановое брожение их не уничтожает. Стоимость биогазовой установки для утилизации 30 т птичьего помета и 60 т коровьего в сутки, подвозимого из фермы крупного рогатого скота, составляет 800000 евро с окупаемостью 9 лет. Экологические и энергетические проблемы биогазовая установка решает только частично, солому не использует, запах уничтожается только в навозе, но не в помещении. В то же время использование брикетов из компоста многоцелевого назначения,применение глубокой подстилки во многом сгладит энергообеспечение предприятий, повысит их рентабельность. Кроме того, уменьшится зарастание водоемов водорослями,улучшится качество зерна за счет значительного снижения в нем микотоксинов, а также улучшится экологическая обстановка страны в целом. В настоящее время происходит аэробная биологическая очистка 500000 м 3 канализационных стоков в сутки (содержание сухих веществ - 1-3 г на 1 литр, содержание активного ила - 1 г на 1 литр) с помощью 44 бассейнов в летнее время и 15 бассейнов в зимнее размерами 122104,7 м. 18125 1 2014.04.30 Достаточно использовать 1 бассейн с указанным выше размером для реализации способа приготовления компоста многоцелевого назначения, переработки жидких канализационных стоков крупного животноводческого комплекса и агрогородка в избыточный ил. Источники информации 1. Желязко В.И., Тиво П. Ф., Можайский Ю.А. Использование бесподстилочного навоза на мелиорируемых агроландшафтах Нечерноземья. - Рязань, 2006. - С. 32-33. 2. Органические удобрения Справочник. - М. Агропромиздат, 1988. - С. 150-152. 3 Методические указания по обеззараживанию, обезвреживанию и использованию сырья и готовой продукции в комбикормовой промышленности и сельскохозяйственных предприятий. РНИУП Институт экспериментальной ветеринарии им. С.Н. Вышелесского Национальной академии наук Беларуси, протокол 16 от 02.10.2003. - 29 с. 4. Андрущук В.С., Балахонов С.И., Рунцо М.А. и др. Обработка соломы жидким аммиаком. - Минск Ураджай, 1984. 5. Справочник химика. Т.3. Химическое равновесие и кинетика. Свойства растворов. М. Химия, 1964. 6. Иванов Ю.А., Стрижевский И.И. Хранение и транспортировка жидкого аммиака. М. Химия, 1991. 7. Колдаев М.В., Нохрин Н.Ф., Халитов А.Х. и др. Технология применения жидкого аммиака. - М. Россельхозиздат, 1971. - С. 10. 8.2112764, МПК 05 3/00, 1998 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7