НОВОСТИ

Приготовление органических компостов в ферментационных камерах

ТЕГИ: компост компостирование органические отходы солома ферментатор

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.

Вместо сжигания - компостирование

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:

Gb = Gh(W h -Wсм)/ (W cm - Wв),           (1)

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:

к = (Сн-k CNN н)/(кCN Nд — Сд),            (3)

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.

ВИДЕО
СОБЫТИЯ