Способ переработки органических отходов путем вермикомпостирования

Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии и может быть использовано для получения вермикомпостов из отходов. Способ включает предварительное компостирование органических отходов с введением каныги в качестве источника микроэлементов и экстрактов дрожжей или самих дрожжей в качестве источника азота. Органические отходы с добавками перемешивают в течение 7-12 дней и получают незрелый компост. Смешивают незрелый компост с отходами целлюлозно-бумажной или деревообрабатывающей промышленности и дополнительным количеством источников азота, мелассой и земляными червями. В процессе вермикомпостирования осуществляют контроль изменения ферментативной активности вермикомпостируемой смеси. Использование способа обеспечивает уменьшение времени компостирования органических отходов и улучшает качество компоста. 1 табл.

 

Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии и может быть использовано для получения вермикомпостов из отходов целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и пищевой промышленности.

Известно, что после получения конечного продукта в лесотехнической и пищевой промышленности остается большое количество органических отходов, которые в большинстве случаев отправляются на свалки и наносят непоправимый ущерб окружающей среде. Так, после получения 10 т бумаги остаются 20-30 тонн органических отходов. Еще большее количество органических отходов остается после получения готовых изделий и продуктов в деревообрабатывающей и пищевой промышленностях.

Одним из наиболее простых способов переработки таких отходов является их ферментация аэробным или анаэробным способом (Неклюдов А.Д., Иванкин А.Н. Экологические основы производств. Взаимосвязь экологии, химии и биотехнологии. М.: МГУЛ, 2003. 365 с.). В первом случае получают компосты, во втором случае - биогаз и также компосты. Преимущество того и другого способа широко дискутируется в настоящее время.

Полученные компосты обычно используются как средства, улучшающие состав и плодородие почвы. Их качество обычно зависит от состава и вида исходного сырья, выбранного для компостирования, а также от соотношения в них органического углерода и азота. В настоящее время у нас в стране и за рубежом существуют большие промышленные предприятия по переработке органических отходов в компосты, производительностью свыше 10000 тонн/год. Как правило, основным недостатком многих современных методов компостирования являются значительные энергетические затраты и длительность протекания процесса, достигающая в отдельных случаях нескольких лет.

Для ускорения процесса компостирования предложены различные методы: добавление к компостируемой смеси полистирола для улучшения массообмена и пористости компоста (патент Германии №4316834), дробление органических отходов и проведение компостирования при температуре 55-65°С (Патент Японии №06199586), компостирование при интенсивной принудительной аэрации компостируемых отходов [Volner G, Umwelt 1996, 26(3), 47], компостирование в кислородной среде (патент Германии №9402329), компостирование в присутствии озона (патент Японии №07126092). Однако все эти методы хотя и ускоряют процесс компостирования, но одновременно и существенно увеличивают его стоимость за счет увеличения затраты энергии на нагревание, прокачивания воздуха через компост или использование для компостирования газообразного кислорода или озона.

Одним из удобных способов компостирования органических отходов любого происхождения является их вермикомпостирование при помощи различного рода земляных червей. Процесс вермикомпостирования не только уменьшает время компостирования органических отходов, но и существенно улучшает их качество.

Эффективности вермикомпостирования отходов целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности посвящены следующие публикации: Riggle D. // BioCycle 1997, 38(1), 71-72; Frederickson J. и др. // Soil Biol. Biochem, 1997, 29(3.4), 725-730; Britter M. // Soil Biol / Brichem. 1997, 29 (3/4), 751-758; Mitchell A. // Soil Biol. Biochem. 1997, 29 (3/4), 763-766. К недостаткам описанных в них способов можно отнести, прежде всего, произвольно выбранное соотношение углерода к азоту, что приводит к недостаточно эффективной репродуктивности земляных червей и низкой степени компостирования органических отходов, в ряде случаев не превышающих 25%.

Известен способ вермикомпостирования органических отходов, описанный Elvira С в работе Vermicomposting of sledges from paper mill and dairy industries with Eisenia andrei: a pilot-scale studt, опубликованной в журнале Bioresour. Techol. 1998, 63(3), c.205-211. В этой работе подробно изучено вермикомпостирование отходов бумажной промышленности вместе с навозом под действием земляных червей Eisenia andrei, проводимые в течение 6 месяцев на пилотной установке. В лабораторных условиях были определены параметры проведения процесса, обеспечивающие рост и воспроизводимость земляных червей. При проведении вермикомпостирования на пилотной установке показано, что количество земляных червей увеличилось в процессе вермикомпостирования в 22-23 раз, а общая биомасса компоста увеличилась в 2,2-3,0 раза. Вермикомпост был богат азотом и фосфором, имел хорошую структуру, низкое содержание тяжелых металлов, низкую электропроводность, высокое содержание гуминовых кислот, хорошую стабильность и влажность. Авторы считают, что отходы бумажной промышленности вместе с азотсодержащими субстратами могут быть хорошим сырьем для получения высококачественных вермикомпостов.

Недостатком этого так же, как и других способов получения вермикомпоста, является использование навоза скота в качестве основного источника азота для компостирования. Известно, что, во-первых, навоз содержит патогенные микроорганизмы, способные оказать ингибирующее действие на процесс вермикомпостирования и репродуктивность самих земляных червей, во-вторых, в процессе вермикомпостирования навоза выделяется значительное количество NH3, H2S и других токсичных газов, способных привести к частичной гибели земляных червей, в третьих - состав навоза крайней непостоянен, и, следовательно, сложно получить вермикомпост с заданными свойствами, в частности с заданным соотношением углерода к азоту.

Известен способ переработки органических отходов путем вермикомпостирования с использованием земляных червей (патент РФ №2097368, кл. C 05 F 3/06, 27.11.1997).

Способ включает смешивание биологического материала с отходами деревообработки, заселение земляными червями. Данный способ принят в качестве ближайшего аналога предложенного способа. К недостаткам указанного способа можно отнести сложность получения компоста с заданными свойствами, в частности с заданным соотношением углерода к азоту, и длительное время компостирования.

Цель предлагаемого способа разработать эффективный метод получения вермикомпоста с заданными свойствами, т.е. с заданным соотношением углерода к азоту, колеблющимся в интервале 10...50 и известным элементным составом, обязательно содержащим калий и фосфор, необходимые для роста и развития растений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки органических отходов путем вермикомпостирования с использованием земляных червей согласно изобретению перед вермикомпостированием производят предварительное компостирование органических отходов с введением дополнительно каныги в качестве источника активных микроорганизмов и ферментов, а также экстрактов и автолизатов пивных или пекарских дрожжей или самих дрожжей в качестве источников азота с перемешиванием в течение 7-12 дней, в результате чего получают незрелый компост, который перед вермикомпостированием смешивают с отходами целлюлозно-бумажной или деревообрабатывающей промышленности и дополнительным количеством источников азота в перфорированной емкости в таком соотношении, чтобы полученный вермикомпост имел соотношение углерода и азота 10...50 частей/1000 частей компоста, с мелассой в количестве 10%, и земляными червями, при этом в процессе вермикомпостирования осуществляют контроль изменения ферментативной активности вермикомпостируемой смеси.

Нижеследующие примеры поясняют суть предлагаемого изобретения.

Пример 1. 1000 г измельченных бумажных отходов помещают в открытую емкость, добавляют к ней 250-300 мл воды, перемешивают до получения творожнообразной массы, к которой добавляют еще 100-200 мл воды до конечной влажности 30-50%, и 50 г свежей или свежеразмороженной каныги, перемешивание продолжают в течение 1-2 часов, после чего к реакционной смеси добавляют 50 г экстракта из пекарских дрожжей в качестве источника азота и продолжают дальнейшее перемешивание в течение 7-12 дней, ведя контроль над процессом по снижению температуры реакционной смеси до комнатной. Соотношение углерода к азоту в промежуточном незрелом компосте равно 10.

Затем в открытую емкость, выполненную из полиэтилена высокой плотности и низкого давления, четыре стенки которой содержат перфорированный полиэтилен, имеющий размер пор 50-150 мкм, помещают 1 кг незрелого компоста, к которому добавляют 1 кг бумажной пульпы или 1 кг отходов бумаги, в виде кашеобразной смеси и воду, так, чтобы конечная влажность смеси составляла 50%, затем 50 г мелассы и 50 г пивных дрожжей в количестве источников азота и 30 штук червей Eisenia fetida andrei. Вермикомпостирование продолжают в течение 6 недель, ведя контроль над процессом, по изменению целлюлазной, каталазной, амилазной и протеазной активности. После окончания процесса земляных червей отделяют от компоста и используют часть из них для повторного компостирования, а часть высушивают и используют в качестве корма для скота. Готовый вермикомпост имеет следующий состав: С 12%, общий азот 0,03, К 11%, Р 0,15%. Содержание углерода к азоту в конечном компосте составляет 40.

Пример 2. Проводится аналогично примеру 1, но вместо бумаги к вермикомпостируемой смеси добавляют одни опилки (соотношение C:N 70). Время вермикомпостирования 8 недель. Состав вермикомпоста: С 15%, азот 0,32%, К 9,1%, Р 0,1%. Соотношение углерода к азоту ˜45-50.

Пример 3. Проводится аналогично примеру 1, но к вермикомпостируемой смеси добавляют смесь бумаги с опилками в соотношении 1:1, а вместо пивных дрожжей берут пекарские дрожжи. (Соотношение углерода к азоту 60-65.) Время компостирования 6,5 недель. Состав вермикомпоста: С 17%, азот 0,5%. К 10%, Р 0,1%. Соотношение углерода к азоту 30-34.

Пример 4. Проводится аналогично примеру 1. К вермикомпостируемой смеси добавляют 1 кг смеси опилок, бумаги и каныги в соотношении 1:1:1, а в качестве источника азота смесь пивных и пекарских дрожжей в соотношении 1:1 (Соотношение C:N 35-40). Время вермикомпостирования 4 недели. Состав вермикомпоста: С 15%, азот 0,75%, К 12%, Р 0,3%. Соотношение углерода к азоту 20.

Пример 5. Проводится аналогично примеру 1. К вермикомпостируемой смеси добавляют 1 кг смеси опилок, бумаги и каныги в соотношении 3:3:2, а в качестве источника азота 100 г смеси автолизатов пивных и пекарских дрожжей, взятых в соотношении 1:1 (соотношение C:N 20-25), а в качестве земляных червей смесь червей Eidenia foetida и Lumbricus terrestris. Время компостирования 4 недели. Состав компоста С 15%, азот 1.4%, К 12,3%, Р 0,33%. Соотношение углерода к азоту 10.

Полный элементный состав полученного вермикомпоста приведен в таблице 1.

Таблица 1 СВОЙСТВА ВЕРМИКОМПОСТА
Основные физико-химические показатели вермикомпоста	Значение показателей
рН	7,5-7,8
Влажность, %	65
Сухое вещество, %	35
Содержание в сухом веществе: Зола, %	20,1
Азот общий, %	5,4
Азот аммонийный (N-NH4), %	1,6
Азот нитратный (N-NO3), %	1,05
Органический углерод, %	54,3
Соотношение C:N	10,1
Фосфор (Р2O5) общий, %	2,9
Фосфор (P2O5) подвижный, %	0,4
Калий (К2O) общий, %	1,2
Калий (K2O) обменный, %	0,8
Медь (Cu), мг/кг	3,6
Цинк (Zn), мг/кг	47,2
Кобальт (Со), мг/кг	0,09
Марганец (Mn) мг/кг	45,8

Способ переработки органических отходов путем вермикомпостирования с использованием земляных червей, отличающийся тем, что перед вермикомпостированием производят предварительное компостирование органических отходов с введением дополнительно каныги в качестве источника активных микроэлементов и ферментов, а также экстрактов и автолизатов пивных или пекарских дрожжей или самих дрожжей в качестве источников азота с перемешиванием в течение 7-12 дней, в результате чего получают незрелый компост, который перед вермикомпостированием смешивают с отходами целлюлозно-бумажной или деревообрабатывающей промышленности и дополнительным количеством источников азота в перфорированной емкости в таком соотношении, чтобы полученный вермикомпост имел соотношение углерода и азота 10-50 частей/1000 частей компоста, с мелассой в количестве 10% и земляными червями, при этом в процессе вермикомпостирования осуществляют контроль изменения ферментативной активности вермикомпостируемой смеси.