Способ приготовления органического удобрения из осадка сточных вод (варианты)

Изобретение относится к сельскому хозяйству и экологической биотехнологии и может быть использовано для утилизации осадка сточных вод с низким содержанием тяжелых металлов в сочетании с отходами пивоваренного производства - пивной дробиной в органическое удобрение с невысокой себестоимостью. Способ приготовления органического удобрения по варианту 1 включает обогащение осадка сточных вод путем его механического смешивания с органическим компонентом. В качестве осадка сточных вод используют минерализованный осадок, хранящийся более 3 лет, а в качестве органического компонента - пивную дробину, при объемном соотношении осадка и пивной дробины соответственно 0,7-0,3:0,3-0,7. Способ по варианту 2 включает смешивание осадка сточных вод с углеродсодержащим влагопоглощающим компонентом и последующее аэробное компостирование полученной смеси. В состав смеси дополнительно вводят пивную дробину, в качестве осадка сточных используют свежий обезвоженный осадок сроком хранения менее 3 лет, а в качестве углеродсодержащего влагопоглощающего компонента - опилки или торф при объемном соотношении осадка, пивной дробины и опилок или торфа 0,5:0,25:0,25 или 0,6:0,3:0,1. По окончании компостирования проводят естественное подсушивание компоста. Способ по варианту 3 включает смешивание осадка сточных вод с углеродсодержащим влагопоглощающим компонентом и последующее аэробное компостирование полученной смеси. В состав смеси дополнительно вводят пивную дробину, в качестве осадка сточных вод используют свежий обезвоженный осадок сроком хранения менее 3 лет, а в качестве углеродсодержащего влагопоглощающего компонента используют опилки или торф при объемном соотношении осадка, пивной дробины и опилок или торфа соответственно 0,5:0,25:0,25 или 0,6:0,3:0,1. Компостирование осуществляют с внесением биоактиватора в количестве не менее 15% от объема компостируемой смеси, а по окончании компостирования проводят естественное подсушивание компоста. Способ по варианту 4 включает смешивание осадка сточных вод с органическим компонентом и последующее аэробное компостирование полученной смеси. В качестве осадка сточных вод используют свежий обезвоженный осадок сроком хранения менее 3 лет, а в качестве органического компонента - пивную дробину, или опилки, или торф при объемном соотношении соответственно 0,5:0,5 или 0,6:0,4 с добавлением биоактиватора в количестве не менее 15% от объема компостируемой смеси. По окончании компостирования проводят естественное подсушивание компоста. Способ позволяет обеспечить ускоренное с повышением содержания органики приготовление удобрения при утилизации осадка сточных вод разного возраста. 4 н.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области экологической биотехнологии и может быть использовано для утилизации осадка сточных вод (ОСВ) с низким содержанием тяжелых металлов в сочетании с отходами пивоваренного производства - пивной дробиной в органическое удобрение с невысокой себестоимостью.

Известен способ приготовления компоста с использованием пивной дробины, включающий перемешивание послойно уложенных измельченных органических отходов (навоз - 35%, птичий помет - 15%) и торфа с пивной дробиной, взятых в соотношении 1:1, и компостирование с периодическим вентилированием смеси в течение 7 суток по 20 сек каждые 10 мин (см. п. RU, № 2249581, МПК⁷ C05F 3/00; 15/00).

Недостатком известного способа является несколько повышенная себестоимость готового компоста за счет утилизации 50% довольно дорогостоящих отходов животноводства и птицеводства.

Известен способ приготовления биокомпоста путем перемешивания птичьего помета с добавлением торфа, опилок, лигнина, навоза КРС и биоактиватора в виде штамма микроорганизмов и аэробное компостирование полученной смеси (см. п., RU, № 2057103, МПК⁶ C05F 3/00; 11/08).

Недостатком известного способа является недостаточно высокое качество получаемого компоста, требующего повышенных норм его внесения.

Наиболее близким ко всем вариантам заявляемого технического решения является способ приготовления компоста из осадка сточных вод и торфа, включающий послойную укладку компонентов с последующим смешиванием и штабелированием полученной смеси, при этом компостирование осуществляют при выборе определенного массового соотношения компонентов с учетом плотности торфа (см. а.с. RU № 1213017, МПК⁵ C05F 7/00).

Недостатком известного способа является длительность процесса компостирования.

Техническим результатом заявленного технического решения является ускоренное с повышением содержания органики приготовление удобрения при утилизации осадка сточных вод разного возраста.

Технический результат достигается тем, что способ приготовления органического удобрения из осадка сточных вод по варианту 1 включает обогащение ОСВ путем его механического смешивания с органическим компонентом. В качестве ОСВ используют минерализованный осадок, хранящийся более 3 лет, а в качестве органического компонента - пивную дробину, при следующем объемном соотношении ОСВ и пивной дробины соответственно 0,7-0,3:0,3:0,7.

В способе приготовления органического удобрения из осадка сточных вод по варианту 2, включающему смешивание ОСВ с углеродсодержащим, влагопоглощающим компонентом и последующее аэробное компостирование полученной смеси, в состав смеси дополнительно вводят пивную дробину, в качестве ОСВ используют свежий обезвоженный осадок сроком хранения менее 3 лет, а в качестве углеродсодержащего, влагопоглощающего компонента используют опилки или торф при следующем объемном соотношении ОСВ, пивной дробины и опилок или торфа соответственно 0,5:0,25:0,25 или 0,6:0,3:0,1, при этом по окончании компостирования проводят естественное подсушивание компоста.

В способе приготовления органического удобрения из осадка сточных вод по варианту 3, включающему смешивание ОСВ с углеродсодержащим, влагопоглощающим компонентом и последующее аэробное компостирование полученной смеси, в состав смеси дополнительно вводят пивную дробину, в качестве ОСВ используют свежий обезвоженный осадок сроком хранения менее 3 лет, а в качестве углеродсодержащего, влагопоглощающего компонента используют опилки или торф при следующем объемном соотношении ОСВ, пивной дробины и опилок или торфа соответственно 0,5:0,25:0,25 или 0,6:0,3:0,1, при этом компостирование осуществляют с внесением биоактиватора в количестве не менее 15% от объема компостируемой смеси, а по окончании компостирования проводят естественное подсушивание компоста.

В способе приготовления органического удобрения из осадка сточных вод по варианту 4, включающему смешивание ОСВ с органическим компонентом и последующее аэробное компостирование полученной смеси, в качестве ОСВ используют свежий обезвоженный ОСВ сроком хранения менее 3 лет, а в качестве органического компонента используют или пивную дробину, или опилки, или торф при следующем объемном соотношении соответственно 0,5:0,5 или 0,6:0,4 и добавлением биоактиватора в количестве не менее 15% от объема компостируемой смеси, а по окончании компостирования проводят естественное подсушивание компоста.

Проблема охраны водоемов от загрязнения и очистка сточных вод ведет к крупнотоннажному накоплению ила, или осадка сточных вод, который может стать источником вторичного загрязнения окружающей среды.

Применение свежего ОСВ непосредственно с иловых карт в качестве органического удобрения ограничено по санитарным показателям в связи с возможным содержанием в нем яиц геогельминтов, цист кишечных патогенных простейших, патогенных микроорганизмов и бактерий группы кишечной палочки (БГКП). Используемые способы обеззараживания ОСВ с помощью химических препаратов (например, пуролата) или термообработки являются дорогостоящими. Естественное обеззараживание ОСВ путем длительного хранения (более 3 лет) приводит к минерализации органического вещества ниже нормативного уровня (содержание органики ≤10-15%), и поэтому такой ОСВ не может быть использован в качестве удобрения.

Механическое смешивание по варианту 1 минерализованного ОСВ сроком хранения более 3 лет и пивной дробины, состоящей в основном из оболочек и частиц ядер зерна ячменя, содержащей до 90% органического вещества, достаточно большое количество азота, фосфора, калия, кальция и других минеральных веществ ведет к обогащению ОСВ органикой и получению удобрения с необходимыми агрохимическими характеристиками.

Использование для компостирования по варианту 2 свежего обезвоженного ОСВ сроком хранения менее 3 лет (содержание органики ≥15-30%) в смеси с пивной дробиной и углеродсодержащим, влагопоглощающим компонентом в виде опилок или торфа в заявленном количественном соотношении ведет к интенсивному окислению органических соединений в ходе высокотемпературной экзотермической реакции, а в результате - к обеззараживанию ОСВ.

В связи с высоким содержанием белковых соединений в пивной дробине она является полноценным источником питания для роста и размножения многих органотрофных микроорганизмов, в первую очередь низших грибов, принимающих участие в начальной стадии деструкции органических остатков и готовящих условия для роста остальных групп организмов, ответственных за последующие процессы преобразования веществ.

Для ускорения компостирования и более глубокой биохимической трансформации смеси к ней добавляют по варианту 3 биоактиватор в виде микробной закваски. Введение биоактиватора приводит к ускоренному термическому обеззараживанию свежего ОСВ при саморазогреве смеси до 50°С и выше, при котором погибают геогельминты, многие патогенные и фитопатогенные микроорганизмы. Кроме того, в компосте происходит активное накопление гумусовых веществ и комплекса полезных почвенных микроорганизмов, рост и размножение которых усиливается в присутствии пивной дробины.

Для оптимизации химического состава (соотношения углерода к азоту) и регулирования влажности в смесь вводят энергетический углеродсодержащий, влагопоглощающий компонент в виде опилок или торфа.

Заявленное техническое решение по вариантам 2-4 предусматривает естественное подсушивание готового органического удобрения для снижения содержания БГКП и достижения его соответствия ГОСТ по этому показателю: не выше 10² клеток/г.

Варианты способа приготовления органического удобрения из осадка сточных вод показаны на примерах.

Пример 1.

Способ приготовления органического удобрения по варианту 1 осуществляют следующим образом. Минерализованный ОСВ с площадок складирования сроком хранения более 3 лет (содержание органики ≤10-15%), отвечающий всем требованиям ГОСТ, кроме агрохимических, смешивают с пивной дробиной (свежей или ферментированной) в объемном соотношении соответственно 0,7:0,3. Это позволяет повысить содержание органики до 20% и выше и получить удобрение, отвечающее требованиям ГОСТ по этому показателю.

Пример 2.

Способ приготовления органического удобрения по варианту 1 осуществляют по примеру 1, используя для приготовления смеси ОСВ и пивную дробину в объемном соотношении соответственно 0,3:0,7. Это позволяет получить органическое удобрение с содержанием органики более 20%.

Пример 3.

ОСВ с площадок складирования сроком хранения менее 3 лет и обезвоженный осадок непосредственно с иловых карт (содержание органики ≥15-30%) смешивают с пивной дробиной в объемном соотношении соответственно 0,8:0,2 или 0,7:0,3. К смеси добавляют закваску в количестве не менее 15% от объема. Все закладывают в бурты до 100 м³ на бетонированной площадке. Однако в связи с неоптимальным соотношением углерода к азоту в смеси не происходит ферментация и не повышается температура. Анализы проб по санитарным показателям дают результаты, не отвечающие требованиям ГОСТ (табл.1).

Таблица 1
Санитарно-паразитологические и санитарно-бактериологические показатели смеси ОСВ и дробины
№ проб и глубина отбора	Яйца геогельминтов, экз./кг	Цисты патогенных простейших, экз./кг	Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы, клеток/г	БГКП, клеток/г
1 (0-10 см)	19	0	0	>103
2 (10-50 см)	35	0	0	>103

Пример 4.

ОСВ с площадок складирования сроком хранения менее 3 лет и обезвоженный осадок непосредственно с иловых карт (содержание органики ≥15-30%) смешивают с пивной дробиной и опилками или торфом в объемном соотношении соответственно 0,5:0,25:0,25 или 0,6:0,3:0,1. Все закладывают в бурты до 100 м³ на бетонированной площадке. Компостирование смеси с медленным повышением температуры субстрата до 45°С, начиная с 5 по 20 день, протекает в течение 4 месяцев. При компостировании смесь периодически перемешивают в первые 45 суток для аэрации субстрата. Результаты санитарно-паразитологических и бактериологических анализов (табл.2) показывают, что во всех пробах, отобранных из этих буртов, не обнаруживаются жизнеспособные яйца геогельминтов. Однако содержание бактерий группы кишечных палочек превышает 10³.

Таблица 2
Санитарно-паразитологические и санитарно-бактериологические показатели компоста
№ проб и глубина отбора	Яйца геогельминтов, экз./кг	Цисты патогенных простейших, экз./кг	Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы, клеток/г	БПСП, клеток/г
1 (0-10 см)	0	0	0	>103
2 (10-50 см)	0	0	0	>103

Пример 5.

Способ получения органического удобрения из ОСВ по варианту 2 осуществляют следующим образом. ОСВ с площадок складирования сроком хранения менее 3 лет и обезвоженный осадок непосредственно с иловых карт (содержание органики ≥15-30%) смешивают с пивной дробиной и опилками или торфом в объемном соотношении соответственно 0,5:0,25:0,25. Смесь закладывают в бурты объемом 100 м³ на бетонированной площадке. Компостирование смеси с медленным повышением температуры субстрата до 45°С, начиная с 5 дня по 20 день, протекает в течение 4 месяцев. При компостировании смесь периодически перемешивают в первые 45 суток для аэрации субстрата. По окончании компостирования органическое удобрение подсушивают в естественных условиях. Получают высококачественное органическое удобрение (компост). Результаты бактериологических анализов показали содержание БГКП ниже 10² клеток/г, что соответствует требованиям ГОСТ (табл.3).

Таблица 3
Санитарно-паразитологические и санитарно-бактериологические показатели компоста
№ проб и глубина отбора	Яйца геогельминтов, экз./кг	Цисты патогенных простейших, экз./кг	Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы, клеток/г	БГКП, клеток/г
1 (0-10 см)	0	0	0	<102
2 (10-50 см)	0	0	0	<102

Пример 6.

Способ получения органического удобрения из ОСВ по варианту 2 осуществляют по примеру 5, используя для приготовления смеси обезвоженный свежий ОСВ, пивную дробину и опилки или торф в объемном соотношении соответственно 0,6:0,3:0,1. Результаты бактериологических анализов показали содержание БГКП ниже 10² клеток/г, что соответствует требованиям ГОСТ (табл.3).

Пример 7.

Способ получения органического удобрения из ОСВ по варианту 3 осуществляют по примеру 5. При этом компостирование осуществляют с добавлением биоактиватора в количестве не менее 15% от объема смеси (например, в виде компостной закваски, приготовленной на пивной дробине по п.2213080). Через 5 дней начинается активное в течение 10 дней повышение температуры смеси до 50-55°С, что ведет к ускорению высокотемпературной ферментации и получению высококачественного компоста при периодической аэрации смеси в течение 3 месяцев компостирования и при естественном подсушивании компоста по окончанию процесса. Готовый компост отвечает всем требованиям ГОСТ, в том числе и по санитарно-паразитологическим и санитарно-бактериологическим показателям (табл.3).

Пример 8.

Способ получения органического удобрения из ОСВ по варианту 3 осуществляют по примеру 6. При этом компостирование осуществляют с добавлением биоактиватора в количестве не менее 15% от объема смеси (например, в виде компостной закваски, приготовленной на пивной дробине по п.2213080). Через 5 дней начинается активное в течение 10 дней повышение температуры смеси до 50-55°С, что ведет к ускорению высокотемпературной ферментации и получению высококачественного компоста при периодической аэрации смеси в течение 3 месяцев компостирования и при естественном подсушивании компоста по окончанию процесса. Готовый компост отвечает всем требованиям ГОСТ, в том числе и по санитарно-паразитологическим и санитарно-бактериологическим показателям (табл.3).

Пример 9.

Способ получения органического удобрения по варианту 4 осуществляют следующим образом. ОСВ с площадок складирования сроком хранения менее 3 лет и обезвоженный осадок непосредственно с иловых карт (содержание органики ≥15-30%) подсушивают до влажности 40-45% и смешивают с пивной дробиной в объемном соотношении соответственно 0,5:0,5 с добавлением биоактиватора в количестве не менее 15% от объема смеси (например, в виде компостной закваски, приготовленной на пивной дробине по п.2213080). Смесь закладывают в бурты объемом 100 м³ на бетонированной площадке и компостируют в течение 4 месяцев при повышении температуры смеси до 45°С и периодическом перемешивании ее для аэрации субстрата и испарения избыточной влаги. По окончании процесса компост подсушивают в естественных условиях. Готовый компост отвечает требованиям ГОСТ по всем нормируемым показателям.

Пример 10.

Способ получения органического удобрения по варианту 4 осуществляют следующим образом. ОСВ с площадок складирования сроком хранения менее 3 лет и обезвоженный осадок непосредственно с иловых карт (содержание органики ≥15-30%) подсушивают до влажности 40-45% и смешивают с пивной дробиной в объемном соотношении соответственно 0,6:0,4 с добавлением биоактиватора в количестве не менее 15% от объема смеси (например, в виде компостной закваски, приготовленной на пивной дробине по п.2213080). Смесь закладывают в бурты объемом 100 м³ на бетонированной площадке и компостируют в течение 4 месяцев при повышении температуры смеси до 45°С и периодическом перемешивании ее для аэрации субстрата и испарения избыточной влаги. По окончании процесса компост подсушивают в естественных условиях. Готовый компост отвечает требованиям ГОСТ по всем нормируемым показателям.

Пример 11.

Способ получения органического удобрения по варианту 4 осуществляют по примеру 9, используя смесь из обезвоженного ОСВ и опилок или торфа в объемном соотношении соответственно 0,5:0,5. Готовый компост отвечает требованиям ГОСТ.

Пример 12.

Способ получения органического удобрения по варианту 4 осуществляют по примеру 10, используя смесь из обезвоженного ОСВ и опилок или торфа в объемном соотношении соответственно 0,6:0,4. Готовый компост отвечает требованиям ГОСТ.

Заявленное техническое решение, позволяющее получить качественное органическое удобрение из свежего и минерализованного ОСВ разного возраста и отхода пивоварения - пивной дробины, найдет промышленное применение.

1. Способ приготовления органического удобрения из осадка сточных вод, включающий обогащение осадка путем его механического смешивания с органическим компонентом, отличающийся тем, что в качестве осадка сточных вод используют минерализованный осадок, хранящийся более 3 лет, а в качестве органического компонента - пивную дробину, при следующем объемном соотношении осадка сточных вод и пивной дробины соответственно 0,7-0,3:0,3-0,7.

2. Способ приготовления органического удобрения из осадка сточных вод, включающий смешивание осадка сточных вод с углеродсодержащим, влагопоглощающим компонентом и последующее аэробное компостирование полученной смеси, отличающийся тем, что в состав смеси дополнительно вводят пивную дробину, в качестве осадка сточных вод используют свежий обезвоженный осадок сроком хранения менее 3 лет, а в качестве углеродсодержащего влагопоглощающего компонента используют опилки или торф при следующем объемном соотношении осадка сточных вод, пивной дробины и опилок или торфа соответственно 0,5:0,25:0,25 или 0,6:0,3:0,1, при этом по окончании компостирования проводят естественное подсушивание компоста.

3. Способ приготовления органического удобрения из осадка сточных вод, включающий смешивание осадка сточных вод с углеродсодержащим влагопоглощающим компонентом и последующее аэробное компостирование полученной смеси, отличающийся тем, что в состав смеси дополнительно вводят пивную дробину, в качестве осадка сточных вод используют свежий обезвоженный осадок сроком хранения менее 3 лет, а в качестве углеродсодержащего влагопоглощающего компонента используют опилки или торф, при следующем объемном соотношении осадка сточных вод, пивной дробины и опилок или торфа соответственно 0,5:0,25:0,25 или 0,6:0,3:0,1, при этом компостирование осуществляют с внесением биоактиватора в количестве не менее 15% от объема компостируемой смеси, а по окончании компостирования проводят естественное подсушивание компоста.

4. Способ приготовления органического удобрения из осадка сточных вод, включающий смешивание осадка сточных вод с органическим компонентом и последующее аэробное компостирование полученной смеси, отличающийся тем, что в качестве осадка сточных вод используют свежий обезвоженный осадок сточных вод сроком хранения менее 3 лет, а в качестве органического компонента используют пивную дробину, или опилки, или торф при следующем объемном соотношении соответственно 0,5:0,5 или 0,6:0,4 с добавлением биоактиватора в количестве не менее 15% от объема компостируемой смеси, а по окончании компостирования проводят естественное подсушивание компоста.