Способ получения компоста

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для получения компоста на основе отходов птицеводческих и животноводческих хозяйств с применением биотехнологии. Отходы птицеводческих и животноводческих хозяйств смешивают с влагопоглощающими материалами и проводят твердофазную ферментацию смеси с использованием стимулятора на основе микроорганизмов. В качестве стимулятора компостирования используют консорциум на основе штаммов бактерий Bacillus subtilis П-1, Clostridium butyricum П-2, Micrococcus urea П-3 и штамма гриба Sporotrichum pruinosum П-4 в виде водной суспензии клеток или в виде сухого порошка в концентрации 0,05-0,1% по биомассе от массы компостируемой смеси. Смесь компостируют при температуре 20-70^oС и влажности 50-60% в течение 5-7 сут. Изобретение позволит интенсифицировать процесс компостирования и улучшить качество продукта. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области биотехнологии и касается способа получения компоста с использованием стимулятора компостирования на основе микроорганизмов, обеспечивающего ускоренную переработку отходов птицеводческих и животноводческих комплексов в экологически чистые органические удобрения.

Производство продуктов птицеводства и животноводства в Российской федерации происходит в основном на крупных специализированных предприятиях - птицеводческих и животноводческих комплексах. Большие объемы неутилизированных отходов этих предприятий являются причиной того, что многие птицефабрики и животноводческие комплексы в различных регионах страны становятся источниками загрязнения окружающей природной среды, нанося серьезный экономический, экологический и социальный ущерб не только сельскому хозяйству, но и близрасположенным населенным пунктам.

Одним из направлений решения данной проблемы является переработка отходов птицеводческих и животноводческих комплексов в экологически чистые органические биоудобрения путем компостирования (методом твердофазной ферментации - ТФФ).

Известен способ получения биокомпоста (Патент РФ 2057103), включающего в себя птичий помет, торф, опилки, навоз. В качестве стимулятора добавляется суспензия бактерий р. Klebsiella, p. Bacillus, p. Pseudomonas.

Недостатком является то, что получение биокомпоста достигается смешением многих ингредиентов, а в качестве стимулятора компостирования используются только бактерии в виде суспензии в весьма большой концентрации до 0,5% по массе.

Известен способ биологической переработки птичьего помета (Патент РФ 2055823), предусматривающий его смешение с влагопоглощающим материалом и последующую аэробную термофильную ферментацию полученной смеси с добавлением перед смешиванием в помет консорциума бактерий (Streptococcus thermophilus. Streptococcus bovis, Lactobacillus solivarius var. solicinicus, Lactobacillus ocophilus).

На первой стадии процесса в исходный помет вносят влагопоглощающий материал, перемешивают и осуществляют аэробную термофильную ферментацию в присутствии синатропных мух до снижения температуры до 25-30^oС, а затем (на второй стадии) в полученную компостируемую смесь в качестве стимулятора вносят указанный консорциум микроорганизмов в концентрации 0,01-8,0%, и ферментируют при естественных условиях.

Недостатком данного способа является возможность проведения процесса только в две стадии, что существенно увеличивает его длительность.

Кроме того, бактерии родов Streptococcus и Lactobacillus вносятся в смесь дважды и в очень большой концентрации (до 8,0%), что увеличивает себестоимость продукта. Эти недостатки преодолены в предлагаемом способе.

Техническим результатом изобретения является интенсификация процессов компостирования и улучшение качества продукта за счет применения в качестве стимулятора компостирования консорциума термотолерантных и термофильных бактерий Bacillus subtilis, Clostridium butyricum, Micrococcus urea и штамма гриба Sporotrichum pruinosum.

Эффект достигается за счет применения микроорганизмов, способных вызывать распад мочевины и мочевой кислоты, а также - микроорганизмов, обладающих амило- и целлюлозолитической активностью, что позволяет переводить азот в более доступные для растений формы, разлагать крахмал и клетчатку.

В качестве влагопоглощающего агента наряду с такими известными материалами, как опилки, солома, торф, впервые используется лигнин, являющийся одним из отходов гидролизной промышленности. Его применение позволяет решить две задачи: интенсифицировать процесс компостирования за счет улучшения структуры компостируемой смеси и одновременно утилизировать большие объемы отходов гидролизного производства.

Культуры, составляющие консорциум, выделены из образцов помета, навоза, лигнина, торфа и селекционированы в процессах культивирования на минеральных средах с углеводами. Все культуры непатогенные, нетоксичные, способные к утилизации широкого спектра углеводосодержащих субстратов.

Штаммы хранятся в коллекции института ГУП "ГосНИИсинтезбелок".

Культуральные признаки штаммов.

Штамм бактерий Clostridium butyricum (П-2) развивается в широком диапазоне температур от 20 до 70^oС, ассимилирует глюкозу, сахарозу, мальтозу, крахмал, дульцит, маннит, инозит. Факультативный анаэроб. Культурально-морфологические признаки: В солодовом сусло-агаре (СА) + МПА клетки в виде подвижных палочек. Споры от овальной до сферической формы, размер клеток 0,7-1,4 х 0,7-4,2 мкм.

При росте в МПБ + Сусло (7^o БА) образуется сплошная муть, пленка отсутствует.

Штамм бактерий Bacillus subtilis (П-1) растет в диапазоне температур от 20 до 70^oС, ассимилирует глюкозу, сахарозу, фруктозу, лактозу, мальтозу, арабинозу, крахмал, маннит. Аэроб, хорошо усваивает азот мочевины. Окраска по Граму - вариабельна.

Культурально-морфологические признаки: В МПБ + сусло (7^o БА) клетки палочковидные, неподвижные, размер клеток 0,7-1,4 х 1,2-7,0 мкм.

Споры образуют только на 3-4 сутки, при температуре 39-47^oС.

Штамм бактерий Micrococcus urea (П-3) развивается в диапазоне температур 20-70^oС, а также при высокой щелочности среды (рН 9,0).

Ассимилирует глюкозу, лактозу, мальтозу, крахмал, пируват, лактат, сукцинат. Разлагает мочевину.

Культурально-морфологические признаки: В односуточной культуре на МПА клетки в виде кокков, встречающихся поодиночке, в парах, в неправильных скоплениях, неподвижные.

Размер клеток 0,5-2,0 мкм.

Спор не образует. Окраска по Граму положительная.

Штамм гриба Sporotrichum pruinosum (П-4) развивается при температуре 20-30^oС, рН среды 4,6-6,0. Ассимилирует: глюкозу, мальтозу, ксилозу, целобиозу, сахарозу, маннит, сорбит, лигнин, целлюлозу. Аэроб.

Культурально-морфологические признаки: Гифы ветвящиеся, бесцветные, часто шероховатые, иногда образуют тяжи 10 мкм толщиной. Конидии верхушечные, овальные 9,5-13,5 х 6-10,9 мкм. При рН 4,6-5,0 образуют глубинные колонии в форме шариков.

Препарат на основе консорциума бактерий и грибов получают путем глубинной ферментации на жидких питательных средах, содержащих в качестве источника углерода углеводы, с последующими сепарацией и сушкой в соответствии с регламентными показателями.

Ниже приводятся примеры, подтверждающие эффективность использования данного способа получения компоста и высокое качество готового продукта.

Качество продукта (биоорганического удобрения компоста) оценивали по содержанию азота, фосфора, калия, гумуса. Качественный продукт содержит от 40 до 80% гумуса, массовые доли N, Р, К не менее 1,2:0,9:0,9 соответственно.

Пример 1. Процесс получения компоста на основе навоза крупного рогатого скота проводили в аппарате для твердофазной ферментации (ТФФ) объемом 5 л. В аппарат задавали однородную смесь навоза с влагопоглощающими материалами (опилками, соломой, торфом) и вносили консорциум гриба и бактерий в виде сухого порошка, в концентрации 0,05% к компостируемой массе.

Процесс аэробной ферментации осуществлялся при температуре от 20 до 70^oС и влажности 55-60%. Через 7 суток в полученном компосте содержание азота, фосфора, калия составило: N: P:K=2:2:2; содержание гумуса 60%, что свидетельствует о получении качественного органического удобрения. Известными "холодным" и "горячим" способом компостирования органические удобрения получаются в течение 5-8 месяцев.

Пример 2. В аппарат для компостирования отходов птицеводческих хозяйств объемом 2 м³ вносили смесь птичьего помета и влагопоглощающих материалов (опилок и торфа), добавляли сухой препарат на основе консорциума гриба и бактерий в концентрации 0,1% от компостируемой массы. Процесс компостирования проводили в течение 6 суток при t^o от 20 до 70^oС и влажности 50-55%.

Содержание в полученном биокомпосте азота, фосфора, калия (N:Р:К) составило 2:1,2:0,9; гумуса - 60%, что свидетельствует о получении биоудобрения заданного качества и окончании процесса компостирования.

Пример 3. Помет и влагопоглощающие материалы (солому и опилки) помещали в аппарат для компостирования объемом 2 л. Консорциум микроорганизмов вносили в виде микробной суспензии в количестве 20% от объема компостируемой массы, что соответствует 0,1% по сухой биомассе. Процесс аэробной ферментации проводили при t^o от 20 до 70^oС, влажности 50-60%. Через пять суток от начала процесса полученный компост имел следующие показатели: по основным элементам N:Р:К = 1,2:0,9:0,9; содержание гумуса - 69%.

Пример 4. Отходы птицеводческих хозяйств смешивали с отходами гидролизного производства (лигнином) и опилками. Консорциум микроорганизмов вносили в виде сухого порошкообразного препарата в концентрации 0,1% от массы компостируемой смеси. Процесс аэробного компостирования осуществляли в аппарате объемом 2 л при t = 25-60^oС и влажности 55-60%. На шестые сутки от начала компостирования соотношение N:Р:К в продукте составило 1,6:1,2:0,9. Содержание гумуса - 60%.

Пример 5. Куриный помет и навоз крупного рогатого скота смешивали с лигнином до получения однородной массы с влажностью 60%. Вносили консорциум гриба и бактерий в виде сухого препарата в концентрации 0,05% от массы смеси. Смесь помещали в аппарат для аэробной твердофазной ферментации. Процесс компостирования осуществлялся при t = 20-70^oС. Соотношение в готовом продукте основных элементов N:Р:К = 2,4:1,3:1,5. Содержание гумуса - 50%. Длительность процесса составила 5 дней.

Данные, представленные в примерах 4 и 5, позволяют рекомендовать лигнин в качестве одного из влагопоглощающих агентов в процессах биоконверсии.

Пример 6. Куриный помет и влагопоглощающие материалы (опилки и солому) смешивали до получения однородной массы с влажностью 60%. Смесь помещали в аппарат для аэробного компостирования. Через 7 суток соотношение основных элементов в компосте составило: N:Р:К = 0,9:0,4:0,3, содержание гумуса - 80%. Таким образом, в отсутствие стимулятора компостирования заданное качество продукта за указанный срок не достигнуто.

Таким образом, из приведенных данных видно, что технический результат достигается за счет применения стимулятора компостирования, полученного на основе консорциума непатогенных штаммов микроорганизмов Bacillus subtilis, Clostridium butyricum, Micrococcus urea, Sporothichum pruinosum, развивающихся в широком диапазоне температур от 20 до 70^oС, способных утилизировать широкий спектр углеродсодержащих субстратов. Способ характеризуется уменьшением времени компостирования и получением высококачественного компоста.

Способ может быть рекомендован для получения биоудобрений из отходов птицеводческих, животноводческих комплексов, а также для утилизации отходов промышленных предприятий.

Способ прошел испытания в промышленных условиях, имеются акты об эффективности применения биопрепарата на основе представленного консорциума микроорганизмов и получении высококачественных экологически чистых удобрений.

Формула изобретения

1. Способ получения компоста, предусматривающий смешение отходов птицеводческих и животноводческих хозяйств с влагопоглощающими материалами и последующее проведение твердофазной ферментации (ТФФ) полученной смеси с использованием стимулятора компостирования на основе микроорганизмов, отличающийся тем, что в качестве стимулятора компостирования используют консорциум на основе штаммов бактерий Bacillus subtilis П-1, Clostridium butyricum П-2, Micrococcus urea П-3 и штамма гриба Sporotrichum pruinosum П-4 в виде водной суспензии клеток или в виде сухого порошка в концентрации 0,05-0,1% по биомассе от массы компостируемой смеси, а смесь компостируют при температуре 20-70^oС и влажности 50-60% в течение 5-7 сут.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве влагопоглощающего материала используют лигнин, в том числе в сочетании с другими влагопоглощающими добавками (соломой, опилками, торфом), в количестве, обеспечивающем заданную влажность компостируемой смеси.