Результат интеллектуальной деятельности: Состав для производства вермикомпоста на основе отходов чая и кофе

Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству. Состав для производства вермикомпоста состоит из отходов использованного чая и кофе. В качестве питательного субстрата для заселения дождевыми червями используется кофейная гуща и использованный пакетированный и листовой чай, не требующие измельчения и предварительного компостирования. В качестве наполнителя-структурообразователя используется почва в соотношении, мас. %: почва - 25, отходы чая и кофе - 75. Введение в смесь измельченной яичной скорлупы или извести (при необходимости) оптимизирует pH смеси до нейтральной среды и обеспечивает более быструю переработку субстрата червями.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано, с одной стороны, для повышения плодородия почв и продуктивности агроэкосистем, с другой, в крупных масштабах - для утилизации отходов кофеен и других заведений общественного питания, а также кухонных отходов частных лиц в бытовых вермикомпостерах.

При большом накоплении пищевые отходы наносят вред окружающей среде в общем и человеку в частности. В настоящий момент утилизация продуктов питания - одна из актуальных проблем современности. Пищевые предприятия с каждым годом увеличивают объемы своего производства, а следовательно, увеличивается количество отходов, которые необходимо утилизировать.

Большинство предприятий, занимающихся утилизацией пищевых отходов, размещает их на полигонах, что не является удовлетворительным решением. Проблема усложняется тем, что пищевые отходы имеют высокую влажность (в среднем около 80%), быстро прокисают, загнивают и становятся источниками заражения патогенными микроорганизмами. Гниющие продукты являются пищей для различных видов переносчиков болезней (мухи, тараканы, грызуны и др.). Жидкие стоки пищевых продуктов содержат большое количество органических кислот. Они способствуют извлечению тяжелых металлов из толщи полигона в растворимые формы, увеличивая токсичность полигонного фильтрата (Жукова Е.С., Журилкина И.В. Утилизация пищевых отходов на объектах экономики: современная ситуация в России и за рубежом // Экономика и управление: новые вызовы и перспективы. - Тольятти: Поволжский государственный университет сервиса, 2011. - №2. - С. 379-381).

Отметим, что некоторые продукты в принципе не могут быть использованы на 100%. К ним относятся чайные листья и кофейная гуща, остатки которых занимают существенную часть в структуре пищевых отходов населения страны.

Технология вермикомпостирования предполагает повторное использование органических отходов для получения эффективного биоудобрения - вермикомпоста. При этом соблюдаются принципы ресурсосбережения, экологической безопасности и надежного обеспечения растущего спроса на сельскохозяйственную продукцию.

Дождевые черви, ускоряющие во много раз разложение органического вещества, позволяют в относительно короткие сроки абсолютно экологичным способом превратить разного рода органические отходы в ценное удобрение.

Известен способ получения вермикомпоста путем внесения навозного червя в компостосодержащий субстрат, включающий свекловичный жом, смешанный с дефекатом в соотношении 1:3 по объему. Полученную смесь перемешивают, доводят до влажности 60-70% при температуре 22-25°C, добавляют навозного червя в количестве 15-20 особей на 1 литр полученного компостосодержащего субстрата (RU 2339601, МПК C05F 5/00, A01K 67/033, опубл. 27.11.2008 Бюл. №33).

Известен способ получения биоорганического удобрения из табачной пыли, отличающийся тем, что предварительно дозируют исходные компоненты компостной смеси в заданных количествах, мас. %: табачная пыль - 40-60, почва (чернозем) - 20-40, торф низинный - 10-30, после чего их смешивают, полученную однородную смесь закладывают в траншеи, затем увлажняют до влажности 50-60%, компостирование осуществляют в течение 60-65 суток при среднесуточной температуре воздуха не ниже 15°C, при этом трижды отбирают образцы однородной компостной смеси и определяют в них содержание никотина, значение pH и целлюлозолитическую активность: перед закладкой компостной смеси в траншею, через 30-35 суток и в конце процесса компостирования смеси, а полученный целевой продукт является готовым биоорганическим удобрением для различных культур открытого грунта и одновременно сырьем для производства биогумуса и почвоудобрительных препаратов для защищенного грунта (RU 2520730 C2, МПК C05F 11/00, опубл. 27.06.2014 Бюл. №18).

Известно множество способов получения биогумуса из навоза и помета различных животных, переработанного способом вермикультуры. К недостаткам субстрата на основе навоза крупного рогатого скота относится засоренность его гельминтами и патогенной микрофлорой, низкое содержание элементов минерального питания, длительный срок предварительного компостирования, неудовлетворительное фитосанитарное состояние субстрата (Биоконверсия органических отходов в биодинамическом хозяйстве. - Городний Н.М. и др. - Киев: Изд-во «Урожай», 1990, С. 111-130).

Известен способ переработки органических отходов путем вермикомпостирования, включающий предварительное компостирование органических отходов с введением каныги в качестве источника микроэлементов и экстрактов дрожжей или самих дрожжей в качестве источника азота. Органические отходы с добавками перемешивают в течение 7-12 дней и получают незрелый компост. Смешивают незрелый компост с отходами целлюлозно-бумажной или деревообрабатывающей промышленности и дополнительным количеством источников азота, мелассой и земляными червями. В процессе вермикомпостирования осуществляют контроль изменения ферментативной активности вермикомпостируемой смеси (RU 2290389, МПК C05F 11/8, опубл. 27.12.2006).

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является состав для производства вермикомпоста, состоящий из смешанных пищевых отходов (Дондокова Д.Б. Влияние экологических условий на культивирование дождевого червя Eisenia foetida при получении и применении вермикомпоста // Автореферат диссертации. - Улан-Удэ, 2006), полученный в результате опыта по производству вермикомпоста из органических отходов в емкостях площадью 0,45 м² в лабораторных условиях БГСХА в течение одного года и в открытом грунте с мая по август в 2001 г. Недостатком данного способа является длительность и трудоемкость предварительной подготовки субстрата - ферментация, компостирование. По наблюдению исследователей, субстрат из смешанных пищевых отходов подвержен развитию плесневых грибов. Смешанные пищевые отходы разнородны и с разным успехом перерабатываются дождевыми червями, могут источать неприятные запахи в зависимости от состава. Без указания конкретного состава для производства вермикомпоста могут возникнуть трудности в использовании этого способа на практике. Сравнительная оценка агрохимических характеристик вермикомпостов показала преимущества вермикомпоста на основе отходов чая и кофе (табл. 1).

По содержанию гумуса и валового азота предлагаемый вермикомпост превосходит известный, взятый за прототип, более чем в два раза. Предлагаемый вермикомпост значительно опережает (более чем в 5 раз) по содержанию обменного калия, и в целом, обладает лучшим качеством и большей концентрацией питательных элементов.

По данным кубанских исследователей (Косенко И.С. Возможность использования отходов производства кофе и чая в комбикормах // И.С. Косенко, Е.С. Шумелев, Е.В. Соловьева // Известия вузов. Пищевая технология. - 2007. - №2. - С. 101-102), чайно-кофейный шлам содержит большое количество ценных веществ, но они предлагают использовать это вторсырье в производстве комбикормов (табл. 2).

Исследователями РХТУ им. Д.И. Менделеева показано, что кофейный шлам может быть использован в качестве сырья для получения высокобелковой дрожжевой биомассы, применяемой в культивировании различных микробных культур (Башашкина Е.В., Суясов Н.А., Шакир И.В., Панфилов В.И. Биоконверсия отходов производства растворимого кофе в продукты кормового назначения // Экология и промышленность России (ЭКиП). - 2011. - №1. - С. 18-19).

В данном изобретении предлагается использовать отходы чая и кофе для приготовления вермикомпоста с целью использования в качестве экологически безопасного концентрированного удобрения.

Преимущества предлагаемого чайно-кофейного вермикомпоста:

1) возможность приготовления в домашних условиях благодаря отсутствию неприятного запаха и хорошему фитосанитарному состоянию субстрата, его гигиеничности;

2) размер частиц (2-3 мм) исходного субстрата, позволяющий червям сразу приступать к его переработке без предварительного измельчения, быстрое разложение компонентов;

3) высокое содержание питательных веществ в исходном сырье;

4) высокое качество получаемого вермикомпоста по агрохимическим показателям (гумус, минеральных формы азота, фосфора, калия, суммы обменных оснований), превосходящее вермикомпост, полученный на основе смешанных пищевых отходов.

Отличие заявленного изобретения от известного решения заключается в том, что в качестве субстрата используются отходы чая и кофе в смеси с почвой при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Почва - 25,

Отходы чая и кофе - 75.

Цель изобретения - сокращение сроков вермикомпостирования и повышение качества вермикомпоста. Цель достигается тем, что основными компонентами субстрата являются мелкие отходы использованного чая и кофе. При этом срок вермикомпостирования сокращается до 1-1,5 мес. В основе повышения качества вермикомпоста лежит широкий микро- и макроэлементный состав смеси, тонизирующий и стимулирующий эффект, стерильность. Кофейная гуща, использованные чайные листья и пакетированный чай являются бесплатным сырьем. Ежегодные объемы накопления их на свалках продолжают увеличиваться и требуют утилизации.

Состав готовится следующим образом: 7,5 кг использованного чая и кофейной гущи смешивают с 2,5 кг почвы, тщательно перемешивают, затем проверяют на кислотность. Если реакция раствора подготовленной смеси близка к нейтральной, то субстрат заселяют красным калифорнийским червем (Eisenia foetida) в количестве 1500-2000 особей на 1 м². В противном случае добавляют измельченную яичную скорлупу или известь и выдерживают несколько дней. Мелкий размер частиц субстрата способствует более быстрой переработке червями и снимает необходимость в предварительном измельчении или ферментации.

Вермикомпостирование проводят в течение 1-1,5 мес., а затем отделяют готовый продукт от червей просеиванием или переманиванием червей на новый субстрат.

Использование готового продукта - вермикомпоста в вегетационно-полевом опыте на агросерой почве способствует статистически значимому повышению показателей потенциального и эффективного плодородия почвы и увеличению урожая наземной фитомассы пшеницы в сравнении с контрольным вариантом (табл. 3).

Внесение в агросерую почву 3 и 6 т/га вермикомпоста, полученного на основе чайно-кофейных отходов, способствовало достоверному повышению следующих агрохимических показателей: гумуса в 1,9-2,2 раза, нитратного азота в 2,7-3,6 раза, аммонийного азота в 1,5-2,9 раза, легкогидролизуемого азота в 1,5 раза, подвижного фосфора в 1,2 раза к контролю в зависимости от дозы внесения. Под влиянием вермикомпоста изменилась реакция среды со слабокислой, отмеченной на контроле, до нейтральной в удобренных вариантах опыта. Значительное улучшение всех агрохимических показателей под действием вермикомпоста привело к повышению урожайности пшеницы в 1,8-2,4 раза к контролю, в зависимости от дозы внесения удобрения. Таким образом, полученное новое удобрение – вермикомпост - обладает высоким качеством, способствующим достоверному повышению агрохимических свойств агросерой почвы и увеличению урожайности пшеницы.