Приготовление органических компостов в ферментационных камерах
М. Линник В. Марченко О. Ляшенко
Растет производство — растут и отходы
Вместе с увеличением производства товаров широкого потребления растет и количество разнообразных отходов (в том числе и органических отходов сельскохозяйственного производства), которые не используются для изготовления вторичных продуктов — органических удобрений (компостов). Анализируя современное положение дел с применением органических удобрений, следует отметить, что за последние 10—12 лет общее их количество сократилось в 3—4 раза. По среднестатистическим данным, в настоящее время удобрений вносится не более 3,3 т/га. Подобная ситуация сложилась и с использованием минеральных удобрений. Дефицит органических удобрений только для основных потребителей, прежде всего сельскохозяйственных предприятий разных форм собственности, составляет свыше 65%. Вместе с тем рынок потребителей значительно пополнился фермерскими хозяйствами, большей частью производителями зерновых культур, садоводческими обществами, которые не имеют и не вырабатывают собственных органических удобрений.
Помимо весьма ощутимого недостатка органических удобрений при их применении возникают проблемы другого порядка. Во-первых, навоз, как правило, используется без соответствующей подготовки путем прямого внесения на поля или, в лучшем случае, накапливается и какое-то время выдерживается в буртах, что сопровождается значительной потерей органического вещества и азота. Потери азота достигают 40—50%. Во-вторых, использование свежего навоза связано с определенными агротехническими трудностями, что приводит не только к загрязнению посевных площадей семенами сорняков, но и несет опасность загрязнения окружающей среды.
Сегодня ни у кого не возникает сомнений в необходимости применения удобрений. Рациональное хозяйствование в области растениеводства без удобрений просто невозможно. Но вместе с тем при нынешней стоимости удобрений и регулярном ее повышении первоочередным становится вопрос эффективного их использования. Эффективность удобрений зависит в основном от правильного подбора, способа внесения и качества их приготовления. Именно поиск путей наиболее полного и оптимального использования питательных элементов удобрений растениями является главной задачей агрохимической науки и практики.
Среди растительных отходов, которые могут использоваться как органические удобрения, важное место занимает солома зерновых культур. Только запахивание пожнивных остатков после уборки зерновых эквивалентно по объемам процессу внесения навоза. Использование соломы в качестве органического удобрения тоже имеет свои особенности. Дело в том, что солома содержит значительное количество безазотных органических соединений (пентозаны, гемицеллюлоза, целлюлоза, лигнин), которые при распаде в почве под действием микроорганизмов нуждаются в значительном количестве минерального азота. Последействие от запахивания соломы приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур и требует дополнительных норм внесения минерального азота (примерно 10—13 кг/т соломы). Очевидно, солому, как и навоз, перед применением следует подвергать предварительной обработке.
Вместо сжигания — компостирование
К наиболее распространенным, с экологической точки зрения, способам переработки и утилизации отходов (промышленных, коммунальных, бытовых, сельскохозяйственных, в том числе отходов животноводства и растениеводства) относятся: сжигание, термическая сушка, захоронение, анаэробное сбраживание и т.п. Среди них приоритетное место занимает компостирование, особенно когда речь идет о переработке отходов с высоким содержанием органических соединений. Способность органики к распаду под влиянием разнообразных групп микроорганизмов сопровождается термодинамическими процессами, которые при определенных условиях обеспечивают частичное обеззараживание, угнетение всхожести семян сорняков, неоднократное уменьшение обрабатываемых отходов (смесей) по объему и весу, повышением удельного содержания биогенных веществ. Эффективность компостирования как способа переработки органических отходов состоит в том, что при относительно невысоких технологических затратах он обеспечивает получение ценного и экологически безопасного конечного продукта — высококачественных органических удобрений. Сегодня существует большое разнообразие технологий и технологических схем компостирования, нашедших воплощение в разных областях перерабатывающих производств, однако подавляющее их большинство базируется на аэробной биотермической обработке органических отходов. Уровень механизации и автоматизации технологического процесса, последовательность выполнения технологических операций и использование тех или иных технических средств зависит от физикохимических свойств отходов и объемов их поступления в течение года.
Прямое применение технологий и технических средств, используемых на промышленных производствах для переработки сельскохозяйственных отходов, экономически неоправданно через высокую стоимость оборудования, а в большинстве случаев просто невозможно в связи с неприспособленностью рабочих органов оборудования к работе с компонентами, имеющими другие свойства, несогласованностью по производительности и т.д.
Один из методов получения высококачественных органических удобрений — биотермическая твердофазная ферментация навоза с разнообразными органическими отходами. Твердофазная ферментация отличается от широко известного естественного компостирования органических удобрений в буртах тем, что этот процесс можно значительно сократить во времени до 7—10 дней. Одновременно есть возможность контролировать и регулировать основные факторы, влияющие на его ход — влажность и дисперсность смеси, наличие достаточного количества питательных веществ, соотношение между углеродом и азотом (С:N), температуру и аэрацию.
Основная цель такого способа — получить удобрения с максимально сохраненными питательными веществами и свойствами, близкими к свойствам гумуса. Аэрация и высокотемпературные процессы дают возможность избавиться от неприятных запахов, подавить всхожесть семян сорняков и обеззаразить компост от патогенных микроорганизмов. Значительно большее содержание питательных веществ на единицу массы полученного компоста повышает его ценность как удобрения и уменьшает затраты на транспортировку и внесение на поля.
Формула успеха
На первом этапе предусмотрена подготовка смеси перед загрузкой на ферментацию. При традиционном компостировании, например, в буртах смесь готовят, смешивая навоз с соломой до определенной влажности. При этом не учитывают количества и баланса питательных веществ в исходной смеси, необходимых для активной жизнедеятельности микроорганизмов. В предложенном же методе добавление к навозу органических отходов предусматривает две цели: доведение исходной смеси до определенной влажности и создание структуры с достаточным количеством воздушных пор для аэрации, а также интенсификацию процесса и увеличение количественного распада органики в смеси. Т.е. органические отходы растительного происхождения при компостировании следует рассматривать не только как влагопоглощающий и структурообразующий компонент, но и как подпитывающую добавку для улучшения жизнедеятельности микрофлоры.
В состав смеси, которая закладывается на ферментацию, кроме навоза входят и органические отходы (солома, опилки, измельченная стружка и т.п.), а иногда и рециркуляционный компост. Чтобы определить количество этих компонентов, предлагаем следующий расчет.
Количество влагопоглощающего и структурообразующего материала можно определить по формуле:
где Gв и Gн — соответственно масса влагопоглотителя и навоза, т;
Wн и Wв — влажность навоза и влагопоглотителя (определяют перед смешиванием),%;
Wсм — влажность смеси, которую закладывают на ферментацию,%.
Если компостировать жидкий навоз, содержащий значительно меньше питательных веществ в количественном отношении, надо добавлять больше влагопоглотителей. Но тогда не только уменьшается доля питательных веществ в полученной смеси, но и повышается их баланс (прежде всего это касается соотношения углерода и азота). Поэтому подготовка смеси только по влажности не всегда дает нужный эффект в процессе компостирования и получения качественного компоста.
Для оптимальной жизнедеятельности микроорганизмов необходимо соотношение углерода и азота 25—30:1. Исходя из этого, для определения количества органических отходов как энергоносителя предлагаем следующую формулу:
Gд = к Gн (100-Wн) / (100-Wд), (2)
где к — поправочный коэффициент, учитывающий содержание питательных веществ в исходных материалах:
где Сн и Сд — содержание углерода в сухом веществе навоза и добавки,%;
Nн Nд — содержимое азота в сухом веществе навоза и добавки,%;
KCN — желательное соотношение углерода и азота.
Сравнивая рассчитанные значения Gв и Gд для одного и того же материала, можно довольно точно приготовить исходную смесь не только нужной влажности и структуры, но и сбалансированную по питательным веществам. Если Gд > Gв, то количество органических отходов принимают из расчета для Gд. Если Gд значительно меньше Gв (это касается компостирования жидкого навоза), то как дополнительный материал рекомендуем использовать подсушенный рециркуляционный компост, сбалансированный по своей природе.
Зная исходные данные материалов, которые закладывают на компостирование, достаточно один раз рассчитать и затем готовить смесь согласно полученным массовым пропорциям. Значительные отклонения от расчетных пропорций приведут к недостаточному разогреву смеси удобрений и быстрому затуханию процесса или к получению компоста с другими свойствами, который нуждается в более длительной обработке и окончательном созревании в низкотемпературных условиях.
По результатам научных исследований предложена методика расчета исходной смеси с учетом физико-химических свойств компонентов, разработан технологический регламент процесса ускоренного компостирования, в основу которого положен способ получения удобрений, а также проектно-сметная документация на модульный образец ферментатора.
Главное звено — ферментатор
Камера ферментатора выполняется с достаточной теплоизоляцией для уменьшения потерь тепла при работе зимой. Загрузка осуществляется через секционные ворота тракторным погрузчиком. В донной части ферментационной камеры устроены аэрационные каналы.
Аэрация осуществляется по схеме «вверх» с регулированием подачи свежего воздуха напорным вентилятором. Вытяжная вентиляция удаляет отработанный воздух из верхней части камеры, насыщенный газами и влагой. При зимнем режиме работы теплый отработанный воздух используется для подогрева приточного воздуха через рекуперативный теплообменник типа «труба в трубе». Работа систем аэрации и вентилирования поддерживается в автоматическом режиме в зависимости от температуры смеси. Система контроля за процессом состоит из датчиков и приборов измерения температуры и содержания кислорода в газовоздушном пространстве перерабатываемой смеси.
Техническая характеристика ферментатора
Полезный объем ферментационной камеры, м3 20
Толщина прослойки смеси (максимальная), м 2
Установленная мощность, кВт 1,1
Влажность исходной смеси, % 70—75
Рабочая температура, 0С 50—70
Срок одного цикла переработки, суток 10—15
Биотермический процесс компостирования происходит непосредственно в ферментаторе.
Согласно приведенным положениям подготовка исходной смеси и аэрация ее по всему объему дают возможность довольно быстро и эффективно провести переработку навоза с растительными отходами и получить компост с нужными свойствами. Интенсивность повышения температуры — 1,5—2 °С/ч, выход на термофильный режим (более 50 °С) длится 1—1,5 суток. Минимальный срок продолжительности переработки в таком режиме составляет 5—7 дней.
Полученный по такой технологии компост содержит (из расчета на сухое вещество): органики — не менее 75%, общего азота — 1,9—2,3%, фосфора — 0,4—0,6%, калия — 0,6—1,0%.
Следует обратить внимание и на технико-экономические преимущества технологии: наряду с ускорен ной переработкой органических отходов повышается качество и эффективное действие удобрений, что обеспечивает рост урожайности сельскохозяйственных культур на 10—25%; снижаются затраты на транспортно-технологические операции при внесении удобрений на поля; экономятся значительные дополнительные капитальные вложения в строительство хранилищ и сооружений для накопления навоза; достигается ускоренный и эффективный кругооборот биогенных органических веществ в природе с максимальным сохранением их ценности.
Количество органических отходов сельскохозяйственного производства, используемых нерационально или вовсе не используемых, с каждым годом растет, вместе с тем усложняются и проблемы их утилизации. Современные экономические и экологические факторы и высокая стоимость минеральных удобрений, которые лучше использовать совокупно с органическими, требуют пересмотра отношения к отходам как потенциальному источнику для производства органических и органично-минеральных удобрений. Компостирование является одним из лучших решений этой проблемы, на которую обратили внимание ведущие зарубежные разработчики и пользователи, поскольку оно гарантирует пере работку отходов и позволяет эффективно вводить их в кругооборот в форме высококачественных органических удобрений. По нашим прогнозам, в ближайшей перспективе компосты, полученные по таким технологиям, могут быть использованы при выращивании и производстве экологически чистых пищевых продуктов. Их можно применять как компоненты искусственной почвы теплиц, парников, субстратов для выращивания грибов, а также при производстве высококачественных органично-минеральных удобрений под конкретные культуры с реализацией многочисленным потребителям.
Источник
Переработка навоза в биогаз, топливо, удобрения, картон, гранулирование
Любое животноводческое хозяйство сталкивается с проблемой утилизации навоза. Несмотря на то, что отходы жизнедеятельности животных являются прекрасным удобрением, в чистом виде они не подходят для применения. Только переработка навоза определённым образом делает его безопасным для растений.
Польза от переработки
Навоз перерабатывается по ряду причин: в нём содержится много опасных микроорганизмов и паразитарных яиц, а также семян сорняковых растений. Кроме того повышенное содержание азота и химически активных веществ делает навоз опасным для сельскохозяйственных растений. После того, как навозные массы созревают (за период от 3 до 12 месяцев), они преобразуются в полезное и качественное удобрение. Польза от переработки в следующем: грибков, сорняков и микроорганизмов в отходах становится намного меньше, плодородность почвы увеличивается, а концентрация аммиака уменьшается.
Технологии переработки навоза в удобрение.
Чтоб превратить навозные массы в полезный перегной, применяются различные технологии. Это и настаивание, и различные виды компостирования, гранулирование, внесение микроорганизмов и другие.
1. Компостирование.
Способов такой переработки существует несколько, и они отличаются друг от друга периодом перегнивания и способом укладывания слоёв. Данная технология представляет собой следующее: навоз, трава, солома складываются слоями, которые повторяются несколько раз. Примерно через год получается перегнившая масса, пригодная для использования в качестве натуральной подкормки. Переработка происходит под действием температуры, которая повышается в процессе брожения и способствует гибели большинства вредных организмов.
Компостирование простой, не требующий больших финансовых вложений, популярный способ переработки навоза как в небольших хозяйствах так и в огромных сельскохозяйственных комплексах. Он происходит в два этапа. 1 этап – отходы складываются с добавлением сломы, опилок, являющихся разрыхлителями. При этом качество перегноя улучшается. Компостировать можно экскременты любых животных: коров, птицы, свиней. От вида навоза зависит количество и вид добавок. В плотные по структуре отходы (коровьи) добавляют опилки и стружку, а в жидкие (свиные) – торф или опилки. 2 этап – обильный полив.
Готовый компост должен быть однородным, сыпучим и не иметь неприятного запаха.
2. Вермикомпостирование.
Разновидностью компостирования навоза КРС является вермикомпостирование – переработка с использованием специально разведённых червей. Эти существа не только превращают экскременты животных в удобрение, но и рыхлят почву, насыщают её кислородом. Прежде чем внести червей в биомассу, его смешивают с костной мукой или известью, чтобы создать подходящую кислотность навоза. После того, как процесс брожения завершился, на поверхность компоста помещают маточную культуру. Этот способ компостирования популярен на фермах. Вермикультура позволяет в процессе переработки получить биогумус — ценное удобрение.
3. Метод внесения бактерий.
Чтобы получить плодородную, богатую полезными веществами массу, прямо на фермах применяют метод внесения бактерий, при этом требуется создать определённые условия, в которых микроорганизмы будут размножаться сильнее. Например: животноводческие комплексы должны быть оснащены системой смыва отходов. Бактериальные штаммы вносят в подстилку и микробы оказывает согревающее действие на животных, устраняют резкий запах аммиака.
Оборудование для переработки
Не существует оборудования, которое применялось бы только для утилизации или переработки навоза. Лагуны, сепараторы, биореакторы первоначально предназначены для других целей, но могут быть полезны и в производстве удобрений. Для некоторых способов переработки и для хранения навозную массу нужно разделить на твёрдую и жидкую составляющую.
Это можно сделать сепаратором. Они существуют шнековые и барабанные (или вальцевые). Оборудование первого типа – шнековое — не только отжимает массу, но и разрезает её на бруски необходимого размера. Отжатая жидкость стекает сквозь сито, которое находится в нижнем отделе сепаратора. Чтобы аппарат противостоял агрессивному воздействию навозных масс, его изготавливают из нержавеющей кислостойкой стали или чугуна. Шнековый сепаратор также предусматривает промывание водой.
На эффективность применения оборудования данного влияют нескольких моментов. При выборе аппарата следует обратить на мощность мотора, диаметр отверстий сита и жиклёра. При необходимости детали можно поменять в соответствии с размерами сита. Постепенно изнашиваются и труба и шнек, их тоже заменяют. Шнековые сепараторы пользуются спросом из-за простоты конструкции. Чтобы их отремонтировать или заменить какую-либо деталь не обязательно вызывать высококвалифицированных специалистов. Основным недостатком оборудования данного типа является небольшой срок службы.
Барабанный сепаратор предусматривает переработку навоза под действием давления, которое создаётся вальцами, расположенными почти вплотную друг к другу. Отжатая жидкость стекает в специальный приёмник и потом сливается. Обезвоженный материал формуется в тонкие пластинки и падая в подготовленную ёмкость образуют кучу. В таком виде их легче транспортировать.
Чугунный корпус и вальцы, покрытые полиуретаном служат намного дольше, чем труба и шнек в сепараторах другого вида. А минусом данного оборудования является сложность конструкции и соответственно более высокая стоимость.
Кроме сепараторов, хозяйствах устанавливаются и другие системы для работы с фекалиями. Удобнее устанавливать комплексные технологические линии. Они могут включать в себя: для перемешивания массы — миксер, для откачивания жидкости – погружной насос, транспортёр, а также навозонакопитель. Для смешивания компостных слоёв требуются ворошители.
Способы хранения навоза
По требованиям ветеринарно-санитарных правил Минсельхозпрода РФ в любом животноводческом хозяйстве должны быть навозохранилища. В них экскременты животных утилизируются или перерабатываются. Существуют три способа хранения навоза: рыхлый, рыхло-плотный и плотный.
Первый способ — рыхлый – называют ещё горячим. Он имеет ряд отрицательных последствий, влияющих на качество удобрения. Укладка навоза неравномерная, что приводит к разному темпу разложения. При этом наблюдается большая потеря ценных органических веществ, азота и жидкости. Ценность такого удобрения резко падает.
Второй способ – рыхло плотный или горячепрессованный носит повторяющийся характер. Сначала в хранилище помещается слой навоза толщиной не больше метра. Примерно через неделю, когда температура внутри слоя поднимется до 60 градусов, масса утрамбовывается и добавляется следующий свежий слой. И так несколько раз, пока не образуется куча высотой 2-3 метра.
И третий способ – плотный (или холодный). Это наиболее выгодный способ хранения будущего удобрения. Пласты навоза сразу уплотняются до 3-х метровой кучи. Потом бурт укрывается соломой или торфом. Такая подкормка более качественная и полезна для растений.
Гранулирование, как способ утилизации навоза
Существует способ утилизации экскрементов в результате которого удобрение получается в виде гранул с высокой концентрацией микро- и макроэлементов, а также органических соединений. Такая подкормка проста и удобна в использовании, быстро растворяется в воде и очень экономна. Гранулы популярны среди садоводов, так как могут долго храниться и не содержат организмов, которые могут быть опасны для растений. Такие удобрения нетоксичны не имеют неприятного запаха. Но метод гранулирования требует установки специального оборудования, такого как измельчитель и гранулятор.
Применение биопрепаратов для переработки навоза
Для ускорения процесса переработки навозного сырья в удобрение, в него добавляют биопрепараты, содержащие нужные бактерии. Выбор средства зависит от вида животного. Биопрепараты перед использованием не требуют подготовки и добавляются в ёмкость с навозной массой. Их можно использовать для уничтожения запаха, для очистки и обработки подстилки животных.
Для нормального размножения бактерий необходимо следить за влажностью воздуха в помещении. В результате применения биопрепаратов образование компоста происходит в 4 раза быстрее, при воздействии их на подстилку выделяется тепло, а животные всегда находятся в чистоте.
Переработка навоза в биогаз
С помощью современных технологий из животных экскрементов можно производить не только удобрение, но и средство для выработки электричества и отопления. Это биогаз, имеющий в составе: аммиак, метан, сероводород, оксиды азота, двуокись кислорода. Получение биогаза возможно при наличии специального оборудования. В его состав обязательно входит биореактор. Навоз по трубам поступает внутрь биореактора, где под воздействием температуры начинается процесс брожения. Газ начинает выделяться на третьи сутки. В специальных резервуарах происходит очистка метана от сероводорода, примесей и углекислоты. Готовый биогаз поступает в газовые баллоны и готов как к применению на самой ферме, так и на продажу. Оставшаяся биомасса является отличным удобрением, так она очищена и вредной флоры и от сорняков.
Переработка навоза в картон
В странах, где мало лесных массивов, актуальным встаёт вопрос о производстве бумаги. Существуют технологии, которые позволяют получить картон и бумагу из навоза. Этот способ производства бумаги является энергосберегающим и экологичным. После долгих экспериментов профессор Александр Бисмарк пришёл к выводу, что для преобразования отходов в бумагу можно использовать экскременты не всех животных. Самыми подходящими он назвал фекалии слонов, лошадей и коров.
Получение бумаги из навозных масс происходит постепенно. Сначала фекалии для удаления лигнина, белков и мёртвых клеток обрабатываются гидрооксидом натрия. Потом происходит очистка остатков. Для отбеливания целлюлозной массы используют гипохлорид натрия. Для изготовления картона отбеливание не требуется и концентрацию окислителя снижают.
Ускоренная ферментация с использованием гуматов.
Когда на одном и том же участке несколько лет подряд выращиваются растения одного вида, происходит обеднение почвы и количество гумуса снижается. Путём добавления минеральных и органических удобрений на фермах контролируется круговорот питательных веществ.
Способ компостирования в основном минерализирует почву, а гумус восстанавливается очень мало. Поэтому в компостную массу добавляются гуматы. Они ускоряют созревание компоста. Калиевые или натриевые гуматы удаляют неприятный запах, обеззараживают компост, что положительно действует на сельскохозяйственные культуры.
Настаивание
В небольших фермах для приготовления удобрения навоз настаивают. Полученная смесь не хуже перепревшего навоза. Чтобы получить состав для удобрения, нужно смешать навоз с водой в пропорции 1:2. Лучше всего настаивать в пластмассовой таре, потому что железная окисляется. Смесь настаивается на солнце примерно неделю. Перебродивший настой процеживают, жидкость сливается, а оставшуюся массу складывают в компост. Использовать концентрированный раствор нельзя, он губителен для растений. Его нужно разбавлять. Если настой на курином помёте разбавлять 1:15. Любой другой навоза 1:10.
Применение свежего навоза
Опытные фермеры и садоводы знают о том, что свежие экскременты могут быть опасны. Но иногда используют и его. Например:
— для образования компостных масс: в траншею складываются растительные и пищевые остатки, добавляются отходы жизнедеятельности животных и примерно через год получается качественный перегной;
— для прогрева почвы в теплицах. Плодородный слой перед тем, как посадить семена, снимается и засыпается навоз. Для усиления выделения тепла иногда добавляют биопрепараты. На навоз укладывают грунтовый пласт и потом на место кладут снятую почву.
— свежую навозную массу используют и после сбора урожая. На небольших дачных участках биомассу распределяют вручную, а в больших хозяйствах навоз разбрасывают с помощью техники. Потом участок перекапывают (перепахивают).
Какие виды удобрений можно производить?
Основные виды удобрений из навоза это: гранулы, перегной, минеральная вода, сапропель и жидкая подкормка.
Перегной – самый распространённый вид удобрения. На фермах в течение года в буртах происходит перегнивание навоза. Если использовать гуматы и биопрепараты, то это процесс можно ускорить.
Сапропель – данное удобрение образуется на дне рек и озёр в виде донного ила. Но его можно получить и при производстве биогаза. После окончания процессов брожения биомассы разделяют на жидкую и твёрдую составляющие. Получившийся осадок является удобрением длительного действия. Этот вид сапропеля способен удобрять почву в течение 5 лет.
Концентрированная подкормка из любого вида фекалий — гранулы. Они содержат все питательные вещества, которые необходимы растениям. Гранулы (за две недели до применения замоченные в воде) вносятся в почву. Это позволяет увеличить урожайность сельскохозяйственных культур на 30 %, при этом созревание урожая происходит быстрее.
Минеральная вода – такое удобрение получается при помощи сепаратора. Это смесь, получившаяся в результате отжима навозных масс. Она в чистом виде может быть опасна для сельскохозяйственных культур. Перед поливом её обязательно нужно развести водой в пропорции 1:100.
В биореакторах готовится жидкая подкормка. Она сливается из резервуара с помощью крана и вносится под растения.
На животноводческих фермах отходы животных образуются в огромных количествах. Чтобы не портить, а улучшать экологию окружающей среды их необходимо перерабатывать и утилизировать. Превращение навоза в удобрение не только сохраняет экологическую обстановку, но и позволяет сельскохозяйственникам пользоваться высококачественными удобрениями.
Источник