Способ утилизации пухо-перовой крошки методом компостирования
Владельцы патента RU 2365570:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для утилизации пухо-перовой крошки методом компостирования. Утилизацию пухо-перовой крошки проводят методом компостирования с добавлением на 1 единицу массы исходного сырья пухо-перовой крошки 10 единиц массы почвы, влажность которой не превышает 18-20%, и 8 единиц массы бесподстилочного навоза или помета, проводят перемешивание с последующим проведением щелочного гидролиза путем добавления водного раствора негашеной извести в количестве 5% от массы сырья. Изобретение позволяет получить органическое удобрение с высоким содержанием макро- и микроэлементов для повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур. 3 табл.
Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для утилизации пухо-перовой крошки методом компостирования, а также получения органического удобрения с высоким содержанием макро- и микроэлементов для повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур.
Известны способы утилизации пуха и пера птиц, основанные на их переработке с целью получения кормовой муки, то есть для применения в кормопроизводстве (Технология переработки продуктов птицеводства. / Под ред. проф. Третьякова Н.П., 1974. с.153-167; Третьяков Н.П., Бессарабов Б.Ф. Переработка продуктов птицеводства, 1985. С.214-220).
В нативном состоянии кератин пера (основной компонент ороговевшего вещества пера) не усваивается организмом сельскохозяйственных животных, поэтому его подвергают специальной обработке, цель которой разрушить компактную структуру кератиновой молекулы до получения полипептидов, пептидов и отдельных аминокислот (Никитин Б.И., Никитина Н.Б. Производство перо-пуховых изделий, 1985. С.5-19). Разрушение (гидролиз) кератина осуществляют, воздействуя на него растворами кислот и щелочей или обработкой в воде повышенной температуры при определенных условиях. Таким образом, используют кислотный, щелочной и водный гидролизы кератина пера. При кислотном и щелочном гидролизах необходимо дорогостоящее сырье: соляная и ортофосфорная кислоты, едкий натр. Использование водного гидролиза требует специального технического оборудования - вакуумного котла, дробилки. В смежных отраслях, например при переработке отходов мехового сырья, также применяется щелочной гидролиз получаемых отходов (а.с. №1718774, Бюл. 10, 1992).
Все это в условиях мелких предприятий требует дополнительных экономических затрат и становится нерентабельным. Поэтому предприятия легкой промышленности по производству изделий из пуха и пера вынуждены свозить отходы на промышленные полигоны для захоронения, что нецелесообразно и экономически невыгодно. В большинстве случаев небольшие партии отходов сжигают, что является грубейшим нарушением экологического законодательства.
Утилизация отходов пуха методом компостирования общепринятым способом в полевых условиях, проведенная в нашем эксперименте, показала крайне слабую степень разложения пуха. Так, переслаивание общепринятым способом пуха, навоза и соломы приводит (после 12 месяцев компостирования) к получению компоста с очень неблагоприятными свойствами): получаются спрессованные слои компоста, представляющие собой слаборазложившиеся водонасыщенные пласты пуха с очень плохой структурой в агрономическом смысле, которые трудно поддаются транспортировке и погрузке, а также равномерному внесению на поля.
Технической задачей изобретения является упрощение способа утилизации пухо-перовой крошки методом компостирования в условиях мелких производств с целью получения органического удобрения с высоким содержанием макро- и микроэлементов.
Технический результат достигается тем, что в известном способе утилизации пухо-перовой крошки, включающем щелочной гидролиз исходного сырья, проводят компостирование с добавлением на 1 единицу массы исходного сырья пухо-перовой крошки 10 единиц массы почвы, влажность которой не превышает 18-20%, и 8 единиц массы бесподстилочного навоза или помета, проводят перемешивание с последующим проведением щелочного гидролиза путем добавления водного раствора негашеной извести в количестве 5% от массы сырья.
Добавление почвы в отношении 1:10 позволяет равномерно распределить пухо-перовую крошку между почвенными агрегатами. При соотношении, меньшем чем 1:10, образуются комковатые скопления отходов. При влажности почвы больше 18-20% затрудняется процесс перемешивания отходов с почвой из-за слипания агрегатов. Кроме того, почвенные частицы поглощают высвобождающиеся в процессе компостирования соединения азота, предотвращая воздушные потери. Применение бесподстилочного навоза или помета необходимо для запуска процессов микробной ферментации.
Щелочной гидролиз пуха и пера приводит к разрушению кератина и освобождению белкового азота. Процесс разрушения органических отходов проходит в 2 этапа: аммонификации и нитрификации.
После первой недели компостирования пуха при оптимальных условиях температуры и увлажнения в лабораторных условиях наибольшее количество нитратного азота отмечалось на контрольном варианте (без извести). Вероятно, увеличение содержания щелочного реагента приводит к снижению активности нитрифицирующих микроорганизмов по сравнению с контрольным вариантом. Через 2 недели компостирования наибольшее содержание нитратного азота наблюдалось в варианте с добавлением 10% щелочного реагента (9,1 мг на 100 г пуха при содержании на контроле, то есть без извести 5,8 мг на 100 г). Это связано с тем, что в контрольном варианте происходит постепенное ослабление нитрификации в связи со слабым разложением органического материала и уменьшением источников нитрификации, в то время как щелочной гидролиз отходов приводит к пополнению этих источников в связи с постепенным разложением пуха. Однако при повышении концентрации щелочного реагента до 25% происходит снижение нитрификации до 4 мг/100 г отходов, что связано со стерилизацией микробной среды.
Наиболее оптимальным в экологическом отношении и обоснованным экономически явился вариант с добавлением 5% извести от массы пухо-перовых отходов.
Изучение динамики содержания биогенных элементов (C, N, P) в компостах, приготовленных на основе пухо-перовых отходов, показало (табл.1), что в данных органических компостах содержится большое количество азота (11-12,5%) при содержании его в навозе около 0,5%. Содержание общего фосфора также превышает его содержание в навозе и птичьем помете. Соотношение между углеродом и азотом составляет 3:1, что свидетельствует о том, что при разложении компост способен обогатить почву доступными формами азота. Компостирование в течение 3-х месяцев показывает отсутствие потерь углерода и азота.
В ходе исследований установлено, что элементный состав компоста является благоприятным для пополнения им органического вещества почвы. При компостировании данных отходов высвобождается большое количество щелочно-гидролизуемого азота, причем содержание его в 10-15 раз превышает содержание в черноземных почвах.
| Таблица 1 | ||||
| Динамика содержания биогенных элементов (общие формы) в компостах, % (2006 г.) | ||||
| Вид компоста | Экспозиция во времени | Биогенные элементы, % | ||
| Углерод, C | Азот, N | Фосфор, P2O5 | ||
| Аэробный | июль-август | 35,5 | 11,0 | 0,12 |
| август-сентябрь | 33,2 | 11,4 | 0,11 | |
| сентябрь-октябрь | 36,1 | 11,8 | 0,13 | |
| HCP05 | 0,6 | 0,8 | 0,1 |
Пример осуществления способа
Проводили опыт на серых лесных почвах на агробиостанции Курского государственного университета (г.Курск). Компосты были заложены в мае 2007 г. Отходы пуха перемешивались с почвой и мелиорантами и загружались в яму размером 2×2×0,6 м. Дно ямы устилали полиэтиленовой пленкой. Сверху яму прикрывали соломой.
Было заложено 8 вариантов компостов, и в качестве контроля исследовалась серая лесная почва (вариант 0).
1 вариант: на каждые 10 единиц массы почвы добавляли 1 единицу массы пуха (1)
2. (1) + 5% CaO (негашеная известь).
3. (1) + 8 единиц массы навоза.
4. (1) + 10% селитры.
5. (1) + 5% CaO + 8 единиц массы навоза.
6. (1) + 5% CaO + 10% селитры.
7. (1) + 8 единиц массы навоза + 10% селитры.
8. (1) + 8 единиц массы навоза + 10% селитры + 5% CaO.
CaO и селитра в % от массы пухо-перовой крошки.
После 5-месячного компостирования в октябре 2007 года были отобраны образцы компостов на анализ. В образцах были проведены следующие анализы: количество гумуса (по Тюрину), количество нитратов (по методу ЦИНАО), обменного аммония (по Методу ЦИНАО), подвижные формы фосфора и калия (по методу Чирикова), обменный кальций и обменный (подвижный) магний (методы ЦИНАО), величина pH, гидролитическая кислотность (по методу Каппена). Данные представлены в табл.2 и 3.
| Таблица 2 | ||||||
| Физико-химические свойства компостов | ||||||
| Номер варианта | Определяемый показатель | |||||
| PH | Нг, мг-экв/100 г | гумус, % | N-NO3 мг/100 г | N-NH4 мг/100 г | Мщ. г. мг/100 г | |
| 0 | 6,8 | 1,14 | 4,01 | 1,06 | 0,28 | 7,79 |
| 1 | 5,6 | 3,60 | 3,16 | 8,18 | 0,24 | 8,90 |
| 2 | 5,4 | 4,51 | 3,99 | 14,44 | 0,72 | 14,06 |
| 3 | 5,9 | 3,51 | 5,12 | 42,91 | 0,94 | 22,96 |
| 4 | 4,8 | 7,28 | 3,90 | 23,32 | 2,11 | 16,50 |
| 5 | 6,2 | 1,95 | 4,06 | 11,51 | 0,53 | 15,64 |
| 6 | 6,0 | 3,06 | 3,50 | 7,65 | 0,39 | 12,05 |
| 7 | 5.4 | 4,77 | 4,27 | 15,51 | 0,87 | 16,07 |
| 8 | 5,6 | 4,40 | 4,11 | 26,49 | 0,80 | 17,08 |
| Таблица 3 | ||||
| Содержание подвижных и обменных питательных элементов в компостах | ||||
| Номер варианта | Подвижные мг/100 г, (по Чирикову) | Обменные, мг/100 г | ||
| P2O5 | K2O | Ca | Mg | |
| 0 | 48,9 | 35,6 | 190,5 | 3,4 |
| 1 | 62,1 | 30,8 | 16,8 | 3,7 |
| 2 | 70,4 | 29,7 | 16,8 | 3,7 |
| 3 | 92,5 | 125,0 | 17,6 | 5,7 |
| 4 | 59,3 | 30,8 | 16,8 | 3,7 |
| 5 | 64,4 | 41,0 | 16,8 | 4,9 |
| 6 | 57,1 | 28,7 | 17,2 | 4,1 |
| 7 | 68,9 | 41,5 | 17.2 | 3,7 |
| 8 | 71,3 | 40,0 | 16,4 | 5,3 |
При добавлении минеральных компонентов удалось выявить, что применение извести плавно сдвигает реакцию среды в сторону подщелачивания, а в компостах с добавлением селитры компосты имеют кислую реакцию (табл.1). Следует отметить, что данный вид пухо-перового сырья при компостировании разлагается со значительным пополнением щелочно-гидролизуемого азота (в 2 раза больше, чем в контроле). Таким образом, при постепенном разложении пухо-перовой крошки почва будет обогащаться подвижными формами питательных элементов.
При компостировании пухо-перовых отходов высвобождается большое количество минеральных форм азота: нитратного (7,65-42,91 мг/100 г почвы) и аммонийного (0,24-2,11 мг/100 г почвы), причем наибольшее количество также характерно для варианта 3 (табл.2).
Внесение навоза существенно увеличивает процентное содержание гумуса. Количество гумуса в среднем больше на 0,38% по сравнению с контролем и на 0,39% в вариантах без добавления навоза.
Наиболее благоприятные свойства, в том числе по кислотности (все другие компосты вызвали подкисление по сравнению с исходной почвой), имел компост 5 варианта, который выделен нами как оптимальный и явился основой для разработки данного изобретения.
Таким образом, в результате использования предлагаемого способа решается основная задача - утилизация пухо-перовой крошки с минимальными затратами на техническое оборудование и использование дорогостоящих химических препаратов. Кроме того, получают органическое удобрение с высоким содержанием макро- и микроэлементов для повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур, в результате применения которого урожайность клубней картофеля повысилась на 40 ц/га, ячменя на 3 ц/га.
Способ утилизации пухо-перовой крошки, включающий щелочной гидролиз исходного сырья, отличающийся тем, что проводят компостирование с добавлением на 1 единицу массы исходного сырья пухо-перовой крошки 10 единиц массы почвы, влажность которой не превышает 18-20%, и 8 единиц массы бесподстилочного навоза или помета, проводят перемешивание с последующим проведением щелочного гидролиза путем добавления водного раствора негашеной извести в количестве 5% от массы сырья.
