Способ получения компостов из органических отходов
Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии и может быть использовано для получения повышающих плодородие почв компостов из отходов лесотехнической и пищевой промышленности. Способ получения компостов включает смешивание отходов с каныгой в качестве источника микроорганизмов. В смесь добавляют экстракты и автолизы пекарских или пивных дрожжей или сами дрожжи. Увлажняют смесь до влажности 30-50% и осуществляют ее аэробное компостирование, при этом соотношение углерода к азоту в готовом компосте составляет от 10 до 50. Изобретение обеспечивает компостирование органических отходов с получением продукта, улучшающего состав и плодородие почвы, в течение 4-8 недель.
Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии и может быть использовано для получения повышающих плодородие почвы компостов из отходов лесотехнической 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 составы плодородия 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 является 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 №4316843), 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 до 3-4 месяцев, но одновременно существенно увеличивают его стоимость за счет создания сложных технологических систем для проведения процесса, увеличения затрат энергии на нагревание, прокачивания воздуха через компост или использования для компостирования огнеопасного газообразного кислорода или озона.
Аналогами предлагаемого изобретения являются патенты Японии №0859379, 08157285, 08188481, 08224564, а также патент Германии №19505731 и сообщение Requena с соавторами, опубликованными в Appl. Nicribiol. Biotechnol. 1996, 45(6), 857-863. Во всех этих работах для ускорения процесса компостирования и снижения энергетических затрат к компостируемым смесям предложено добавлять различные микроорганизмы, ускоряющие разложение органических отходов, в виде стартовых культур, дрожжей, целлюлозолитических грибов типа Trichoderma viridae, Micoeehiza sp.и др. или различных бактерий рода Bacillus sp. Для увеличения поверхности соприкосновения этих бактерий с компостируемыми отходами и усиления их устойчивости эти микроорганизмы предлагается вводить в компостируемые смеси в виде гранул (патент Японии №082224564).
Основным недостатком этих способов является необходимость специального выращивания необходимых микроорганизмов, продуцирующих комплекс ферментов, разлагающих различные виды органического сырья. Особенно сложно обстоит дело с целлюлозолитическими микроорганизмами, ферментативная активность которых, как правило, не слишком велика. Кроме того, внесенные микроорганизмы имеют значительный индукционный период, предшествующий биосинтезу ферментов, необходимых для разложения органических отходов, что также увеличивает время проведения процесса их разложения до 60-80 дней. В качестве источников азота при компостировании этих смесей наиболее часто используют навоз с/х животных или пищевые отходы, разложение которых сопровождается выделением большого количества NH3, H2S и СН4, токсичных для используемых микроорганизмов и окружающей среды. Кроме того, эти источники содержат большое количество патогенных микроорганизмов и вирусов, например Clostridium sp.или Staphilococcus sp., представляющих еще большую опасность для окружающей среды и персонала заводов, для удаления которых требуются специальные фильтровальные устройства и которые, как известно, являются антагонистами тех микроорганизмов, которые вносят в компостируемые смеси. В результате чего, помимо увеличения времени компостирования, увеличивается и стоимость осуществления подобного процесса.
Следует также подчеркнуть, что наиболее эффективными компостами для сельскохозяйственных растений являются компосты, в которых соотношение углерода к азоту находится в пределах 10...70, так как именно при таких соотношениях происходит наиболее полное использование этих компостов для удобрения сельскохозяйственных культур и мелиорации почвы.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ получения компостов из органических отходов, включающий смешивание отходов лесотехнической промышленности с каныгой, увеличение смеси и ее аэробное компостирование (авт. свид. СССР №1774339, кл. C 05 F 11/00, 07.11.1992).
Недостатком данного изобретения является низкое содержание в выбранном сырье источников азота. Так, в самой древесине содержание азота колеблется от 0,6 до 1,1% (см. Кононов Г.Н. Химия древесины. М.: МГУЛ, 1999). Каныга - полупереваренная трава или сено также содержит 1,5-2% азота в выбранном сырье. В результате полученный компост, практически не может иметь соотношение C:N, укладывающееся в названные пределы. По нашим данным, отношение C:N в подобных компостах колеблется в пределах 100-150.
Целью и ожидаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества получаемых компостов с заданным соотношением углерода к азоту в интервале 10-50 за счет использования дополнительно отходов пищевой промышленности.
Технический результат достигается тем, что в способе получения органических отходов, включающем смешивание отходов лесотехнической промышленности с каныгой, увлажнение смеси и ее аэробное компостирование, согласно изобретению смешивание отходов лесотехнической промышленности с каныгой осуществляют при их соотношении 1000:50-200 масс. частей, в реакционную смесь дополнительно вводят экстракты и автолизаты пекарских или пивных дрожжей или сами дрожжи, взятые в количестве 20-200 масс. частей на 1000 масс. частей отходов лесотехнической промышленности, а увлажнение компостируемой смеси осуществляют до влажности 30-50%, при этом соотношение углерода к азоту в готовом компосте составляет 10-50.
Следует также отметить, что для успешного роста и развития микроорганизмов, как это известно из курса микробиологии, наиболее эффективной является влажность 30-50%.
Процесс компостирования проводится в открытой емкости, снабженной мешалкой, без специальной подачи воздуха, в течение 4-8 недель в зависимости от состава компостируемой смеси при влажности 30-50%. Контроль над проведением процесса осуществляется по изменению температуры процесса и ферментативной активности гидролаз и целлюлаз, образующихся в процессе компостирования, определенной по известным методикам (см. Диксон М., Уебб Э. // Ферменты. Т.1-3, М.: Мир. 1982). Сроком окончания процесса является время, когда ферментативная активность процесса перестает изменяться в течение нескольких дней.
Количественное определение углерода в компостируемых смесях определялось бихроматным методом, количество азота - методом Къельдаля (см. Губен-Вейль. Методы органической химии. М. 1963).
Нижеследующие примеры поясняют сущность 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 пекарских дрожжей и продолжают дальнейшее перемешивание в течение нескольких недель, ведя контроль процесса по снижению температуры реакционной смеси до комнатной и уменьшению активности гидролаз и целлюлаз до следовых количеств. Время компостирования в данном примере составляло 6 недель. Соотношение углерода к азоту в готовом компосте равно 20.
Пример 2. Проводят аналогично примеру 1, но в качестве компонента азота берут автолизат пекарских дрожжей в количестве 100 г. Время компостирования то же, что и в примере 1. Соотношение углерода к азоту равно 10.
Пример 3. Проводят аналогично примеру 1, но в качестве компонента азота берут автолизат пивных дрожжей в количестве 20 г. Время компостирования 4 недели. Соотношение углерода к азоту равно 50.
Пример 4. 500 г измельченной бумаги и 500 г древесных опилок помещают в открытую емкость, добавляют к ней 500 мл воды до влажности 50%, перемешивают до получения однородной суспензии, к которой добавляют 200 г свежей каныги, 100 г пивных дрожжей и продолжают дальнейшее перемешивание до созревания компоста. Время компостирования 6 недель. Соотношение углерода к азоту равно 10.
Пример 5. Осуществляют аналогично примеру 4, но в качестве отходов лесотехнической промышленности берут опилки. Время компостирования 8 недель. Соотношение углерода к азоту равно 10.
Пример 6. Осуществляют аналогично примеру 4. В качестве отходов лесотехнической промышленности берут смесь 400 г бумаги, 400 г опилок и 200 г стружек, а в качестве источника азота 30 г пивных дрожжей. Время компостирования 6 недель. Соотношение углерода к азоту равно 35.
Способ получения компостов из органических отходов, включающий смешивание отходов лесотехнической промышленности с каныгой, увлажнение смеси и ее аэробное компостирование, отличающийся тем, что смешивание отходов лесотехнической промышленности с каныгой осуществляют при их соотношении 1000:50-200 мас.ч., в реакционную смесь дополнительно вводят экстракты и автолизаты пекарских или пивных дрожжей или сами дрожжи, взятые в количестве 20-200 мас.ч. на 1000 мас.ч. отходов лесотехнической промышленности, а увлажнение компостируемой смеси осуществляют до влажности 30-50%, при этом соотношение углерода к азоту в готовом компосте составляет 10-50.
