Разработка технологии производства биогумуса в установке непрерывного действия

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, Ижевск, Россия

Разработка технологии производства биогумуса в установке непрерывного действия

Выгузова Мария Анатольевна

Аннотация

В статье рассматривается технология вермикомпостирования в установке непрерывного действия. Обсуждаются преимущества этого способа

Ключевые слова: навоз, биотехнология, вермикомпостирование, биогумус, красный калифорнийский червь, вермиреактор, вермикультура

Annotation

Development of the technology for the production of biohumus in the machine of continuous action

Vyguzova Mariya Anatolyevna, postgraduate student

Izhevsk State Agricultural Academy, Izhevsk, Russia

This article shows the vermicomposting technology in the machine of continuous operation. The article also discusses the advantages of this method

Keywords: manure, biotechnology, vermicomposting, biohumus, red californian worm, vermireactor, vermiculture

В настоящее время перед молочными фермами и свиноводческими хозяйствами стоит ряд проблем, например, утилизация навоза. Вносить навоз непосредственно в почву нельзя. Свежий навоз богат растворимыми соединениями азота и оказывает такое же действие, как растворимые минеральные удобрения, то есть вызывает усиленный рост листьев и стеблей, но это не всегда обозначает увеличение урожая. Растения, удобренные свежим навозом, становятся более чувствительными к болезням и вредителям. Кроме того, свежий навоз быстро разлагается, поэтому он не способствует созданию устойчивого плодородия земель. Поэтому навоз подвергают компостированию, но этот процесс очень долог по времени.

С этой проблемой можно эффективно справиться с помощью компостирования с использованием дождевых червей. Черви делают процесс преобразования органического материала более интенсивным, также происходит активная минерализация органического вещества. Высвобождаются такие биологически активные вещества, как фосфор и калий. Компостирование с помощью дождевых червей приводит к образованию особой структуры почвы. Компост содержит питательные вещества в форме, наиболее благоприятной для питания растений. Кроме того, его можно вносить в любой дозе.

По санитарным нормам вермикомпост абсолютно безвреден для выращивания овощей и фруктов. Вермикомпостирование продемонстрировало достаточно быстрое снижение концентрации патогенных организмов, чтобы удовлетворить требованиям наивысшего стандарта класса "А" (самый высокий класс требований США "Process to Further Reduce Pathogens" - PFRP).

Для совершенствования процесса вермикомпостирования необходимы как конструкторские и технологические разработки, так и более фундаментальные исследования.

В связи с этим целью наших исследований является разработка технологии вермикомпостирования с помощью красных калифорнийских червей вида Eisenia Foetida и установки для ее реализации.

Практическая ценность результатов исследования: разработанная технология вермикомпостирования и установка для ее реализации решают три проблемы: утилизация отходов сельскохозяйственного производства; охрана окружающей среды в зоне крупных животноводческих комплексов; получение ценного удобрения - биогумуса и, как следствие, улучшение и восстановление плодородного слоя почвы.

Вермикомпостирование - это один из перспективных способов утилизации отходов сельского хозяйства, основанный на использовании дождевых червей, т.е. переработка навоза с их помощью. Вермикомпостирование отходов животноводства одновременно решает три важные проблемы современной цивилизации: получение ценных удобрений, утилизация отходов животноводства и охрана природной среды в зонах крупных животноводческих комплексов [Мельник, 1990; Игонин, 1995; Городний, 1990].

Дождевые черви играют ключевую роль в биотическом круговороте питательных веществ в почве. В биотическом круговороте почвенные микроорганизмы и растения закрепляют химические элементы почвы в своих клетках, а дождевые черви и другие почвенные беспозвоночные, выводят эти элементы из органического вещества растений и микробной биомассы обратно в почву и обогащают ее азотом, фосфором и калием. Органика, проходя через кишечник люмбрицид, переваривается под действием энзимов и кишечной микрофлоры, разлагается до более простых соединений, структурируется; почвенные частички обогащаются гуминовыми кислотами, кальцием, магнием, фосфорной кислотой. Многие минеральные соединения переходят в доступные для растений формы [Покровская, 1991; Tomati, 1988]. Дождевые черви выполняют оздоровительные и обеззараживающие функции, элиминируя патогенную почвенную микрофлору, поглощая и переваривая бактерии, водоросли, грибы и их споры, простейших и нематод. При переработке навоза, при его прохождении через организм червя в процессе вермикомпостирования семена сорняков теряют свою всхожесть, а также значительно снижается содержание кишечной палочки и других видов болезнетворных микроорганизмов. Помимо этого уменьшается токсичность тяжелых металлов, улучшается структура почвы и ее воднофизические свойства. При внесении в почву биогумуса в нее попадают и дождевые черви, микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности, необходимые, в свою очередь, для ее нормального функционирования. При внесении в почву навоза существует риск передозировки почвы и нанесения вреда будущему урожаю, тогда как биогумус можно вносить в любом количестве. [Переработка навоза…, 2007].

Для получения высококачественного удобрения с высоким содержанием гумусных веществ осуществляют вермикомпостирование навоза. Основной операцией вермикомпостирования является подготовка субстрата. Она заключается в доведении органических отходов до влажности 75-78 % с последующей ферментацией и обеспечением перевода аммиачного азота в нитратные формы. Исходная смесь - субстрат для вермикомпостирования должна иметь следующие параметры: влажность - 70-75 %, рН - 6,5-7,5, соотношение C : N = 20 : 1, содержание минеральных веществ - до 10 %, сырого протеина - не более 25 %.

Для ускорения процесса образования биогумуса почвы был выведен «красный калифорнийский червь», который широко используется для этих целей. Красный калифорнийский червь (ККЧ) - новая порода дождевого червя, относящаяся к семейству Eisenia Foetida, которая была получена в результате гибридизации других пород дождевого червя в штате Калифорния в 1959 году. Червь в длину достигает 10 см, имеет диаметр - 3-5 мм и массу тела - около 1 г. Потомство двух червей может достигнуть 1,5 тыс. особей в год, и через 40 дней популяция этих червей удваивается. Калифорнийский червь живет 16 лет, достигая половой зрелости через 90-120 дней, и работает наиболее активно при 15-250С [Пат.№2274628].

Средой обитания для ККЧ является специальный, насыщенный органическими соединениями субстрат (навоз, компосты, органические отходы и мусор), но не почва. В сутки ККЧ съедает в два раза больше пищи, чем весит он сам и предпочитает для интенсивного размножения субстрат, имеющий значение рН среды 6,5-7,5.

Проводятся интенсивные исследования пригодности вермикультуры для утилизации все более широкого спектра муниципальных, сельскохозяйственных и промышленных отходов от зеленой массы водяного гиацинта до отходов горнорудной промышленности. Ярким примером являются успешные лабораторные опыты по применению вермикомпоста для абсорбции тяжелых металлов из отходов гальванического производства [Jordao et al., 2002].

При вермикомпостировании учитываются характер и свойства поведения дождевых (компостных) червей. Взрослые особи дождевых червей постоянно перемещаются в зону, наиболее комфортную для их обитания, то есть туда, где имеются достаточный объем качественного пищевого субстрата, а также где оптимизированы температурные параметры, оптимальные уровни аэрации, значения рН окружающей среды и влажности. В такой зоне происходит концентрирование взрослых особей червей до максимально возможной популяционной концентрации, и она становится суперактивно работающей зоной гряды, в которой происходит более быстрая и более полная биоконверсия органических веществ в конечный продукт - биогумус, что приводит к возрастанию скорости переработки компоста дождевыми червями в конечный продукт.

Существуют следующие способы вермикомпостирования: навалы; клиновая система; ложи, корзины и ящики; реакторы.

Основными недостатками вермикомпостирования такими способами, как навалы, клиновая система и ложи, являются: интенсивный ручной труд, большие площади, трудность поддержания влажности, медленная переработка отходов, трудности сбора вермикомпоста без червей.

Ложи, корзины и ящики используются наиболее активно - от крупных производителей до частных землевладельцев. Вермикомпостирование в больших масштабах на открытом воздухе требует некоторого покрытия, для того, чтобы уберечь червей от дождя и попадания прямых солнечных лучей. Этот способ требует достаточно больших трудозатрат, поскольку приходится добывать биогумус вручную. [Последние достижения, 2001].

Для осуществления наиболее распространенных способов получения биогумуса используются такие широко известные технические средства, как тракторы и бульдозеры, для образования буртов, которые, как и часто используемые ящики или другие емкости, наполняются субстратом с помещенной в него популяцией червей, при этом для орошения используют поливальные машины или шланги, а рыхление осуществляют с помощью лопаты или вил. Такие технические средства малопроизводительны, трудоемки, не позволяют механизировать технологический процесс, ускорить его и не позволяют достичь хороших результатов по росту червей, увеличению их популяции, не обеспечивают их сохранность [«Химия в сельском хозяйстве», 1995].

Несмотря на значительный объем работ по технологии вермикомпостирования, технологий производства биогумуса с помощью красных калифорнийских червей в непрерывном цикле очень мало. Нами проведены исследования существующих технологий вермикомпостирования и разработана технология производства биогумуса в установке непрерывного действия.

Технической задачей, на решение которой направлена разработка, является увеличение производительности установки, снижение энергозатрат, получение биогумуса с высоким содержанием микроэлементов, а также создание условий для размножения красных калифорнийских червей, возможность их дальнейшего использования на кормовые и пищевые цели.

Поставленная задача достигается способом производства биогумуса, включающего в себя вермикомпостирование органических отходов с использованием красного калифорнийского червя Eisenia Foetida в количестве 250 тыс. шт. на 1 м3, причем в качестве органических отходов используют навоз крупного рогатого скота, предварительно нейтрализованный до рН 7-8. Процесс вермикомпостирования осуществляют при температуре 15-25 0С, влажности субстрата 80-85 %, причем укладку субстрата производят в бункер цилиндрической формы, вводят в субстрат маточное поголовье червей, через 4 недели происходит миграция червей из менее питательной среды в более питательную, нужная среда обитания червей поддерживается с помощью компрессора, соединенного с теплообменником и увлажнителем, выгонка червей производится с помощью повышения температуры посредством ИК-излучателя, при этом происходит небольшая сушка биогумуса, готовый вермикомпост вместе с личинками удаляют из нижних слоев, и в бункер подается свежий субстрат, обеспечивая непрерывность процесса. Вермикомпост с личинками красного калифорнийского червя транспортируется в другой бункер, где происходит инкубация коконов с последующим выходом мальков из коконов и отделением от биогумуса.

Совокупность существенных признаков обеспечивает упрощение способа производства биогумуса за счет того, что не требуется перераспределение вермикомпоста, дополнительная сушка биогумуса; что упрощает процесс, уменьшает затраченное на переработку время и энергозатраты, что, в свою очередь, увеличивает производительность производства, в целом исключает использование ручного труда, способствует удешевлению производства биогумуса и получению продукта с высокими качественными характеристиками.

Установка состоит из бункера цилиндрической формы с источником ИК излучения 4 (см. рисунок). В верхней части установки расположен шнек 13 для загрузки подготовленного субстрата. В нижней части через затвор 5 бункер соединен с выгрузным шнеком 12. Бункер соединен с компрессором 6 для нагнетания теплого увлажненного воздуха.

Температура и кислотность - важнейшие условия оптимальной работы красных калифорнийских червей в вермиреакторе, так как снижение данных показателей от заданных значений приводит к снижению выработки биогумуса, следствием чего является снижение производительности установки.

Для контроля рабочих режимов:

- по температуре - в вермиреактор введен жгут с 10 термопарами, расположенными последовательно через каждые 100 мм, начиная с нижней части бункера. Термопары подключены к субблоку управления (СУГХМ);

- по влажности - в вермиреактор опущен капроновый «чулок» для отбора пробы кусочков субстрата. Столб продукта, отобранного в капроновом «чулке», разрезали через каждые 100 мм на отметках, соответствующих уровням установки термопар, и определяли влажность по ГОСТ 21103-75.

Для поддержания оптимальной температуры предусмотрена установка датчиков температуры. Стабильность необходимой температуры важна для процесса вермикомпостирования в автоматическом режиме. Нами выбрана термопара марки 2ТРМ1 ОВЕН.

Работа установки. Подготовленный субстрат по шнековому транспортеру попадает в бункер и заселяется маточной культурой червей, начинается процесс вермикомпостирования. Оптимальные условия поддерживаются с помощью компрессора 6, который нагнетает подогреваемый теплообменником 7 воздух. Воздух увлажняется из увлажнителя 11. Необходимое количество воды устанавливается эмпирическим путем и регулируется с помощью электромагнитного клапана 9. В нижней части бункера находится источник ИК-излучения 4. Прозрачные вставки 1 в бункер служат для визуального контроля над процессом вермикомпостирования. Необходимое количество червей добавляется прямо в субстрат.

Выгрузное устройство представляет собой рассекатель с отверстиями для поддержания оптимальной среды, они же служат для выгрузки готового продукта. Мешалка, вращаясь, вытесняет готовый продукт в выгрузные отверстия, находящиеся в рассекателе. При перемешивании готового биогумуса осуществляется равномерная выгрузка готового продукта, что служит предпосылкой беспрепятственного и эффективного протекания процесса вермикомпостирования.

Перемешивающее устройство включает следующие основные части: привод, мешалку, вал и стойку для закрепления перемешивающего устройства на корпусе аппарата.

Рисунок 1 Схема установки для вермикомпостирования: 1 - прозрачная вставка; 2 - лопасти мешалки; 3 - привод шнека и конвейера; 4 - ИК-излучатель; 5 - затвор; 6 - компрессор; 7 - теплообменник; 8 - датчик температуры; 9 - электромагнитный клапан; 10 - ременная передача; 11 - увлажнитель; 12 - шнек выгрузки; 13 - шнек загрузки; 14 - вал

Вермиреактор с непрерывным циклом имеет очевидные преимущества перед другими методами компостирования органических отходов: переработка органических отходов может осуществляться непосредственно на месте их получения, отсутствие потерь питательных веществ, отсутствие запахов при утилизации отходов, не требуется добавления в перерабатываемые отходы разрыхляющих компонентов, производственная площадь минимизирована, расходы на электричество для подачи воздуха и тепла минимальны, ручной труд исключен, так как процессы кормления, сбора и просеивания автоматизированы. Все это позволяет снижать эксплуатационные расходы по сравнению с другими автоматизированными системами.

Таким образом, получение биогумуса из отходов сельскохозяйственного производства с использованием вермиреакторов может быть перспективно для получения органического удобрения, а также для снижения вредного воздействия отходов сельскохозяйственных производств на окружающую среду.

Технология вермикомпостирования является практически безотходной. Возможности и перспективы этой современной биотехнологии могут сыграть ключевую роль в трех областях: экологической, сельскохозяйственной, здравоохранительной:

- решаются некоторые экологические проблемы: утилизация и рециклинг органических отходов;

- производство высокогумусных органических удобрений и использование их в сельском хозяйстве позволят перейти к органическому земледелию; компостирование биогумус удобрение утилизация

- препараты биологически активных веществ из тканей дождевых червей могут успешно применяться в медицине и косметике.

Список литературы

1. Мельник, И.А. Дождевые черви на службе сельского хозяйства / И.А. Мельник // Сельскохозяйственная биология. - 1990. - № 5 - С. 160-163.

2. Игонин, A.M. Как повысить плодородие почвы в десятки раз с помощью дождевых червей /A.M. Игонин. - М.: Информационно-внедренческий центр "Маркетинг", 1995. - 88 с.

3. Городний, Н.М. Биоконверсия органических отходов в биодинамическом хозяйстве / Н.М. Городний, И.А. Мельник, М.Ф. Повхан. - Киев: Урожай, 1990. - 78 с.

4. Пат.№2274628 РФ, С05F3/00 Способ производства биогумуса / Н.А. Баер - 2004101036, заявлено 20.01.2004; опубл. 20.04.2006.

5. Покровская, С.Ф. Использование дождевых червей для переработки органических отходов и повышения плодородия почв (вермикультура) / С.Ф. Покровская. - М.: Агропром., 1991. - 32 с.

6. Химия в сельском хозяйстве. 1995. № 1. С. 17-18.

7. Переработка навоза методом вермикомпостирования. - М., 2007. - Режим доступа: http://www.biogumus.com/page_pid_620.htm.

8. Последние достижения в среднем и больших масштабах вермикомпостирования. - 2001. - Режим доступа: http://www.vermyk.narod.ru/articles/midlargescaleverm/midlargescaleverm.htm.

9. Jordao, C.P. Removal of Cu, Cr, Ni, Zn, and Cd from electroplating wastes and synthetic solutions by vermicompost of cattle manure /C.P. Jordao, M.D. Pereira, R. Einloft, M.B. Santana, C.R. de Mello Bellato / Sci. and Health Part A 37, 2002. 875-892.

10. Tomati, U. The hormone - like effect of earthworms on plant growth / U. Tomati, A. Grappelli, E.Galli // Biology and Fertility of Soils. - 1988. - V. 5. - № 4. - P. 288-294.

Размещено на Аllbеst.ru