Способ утилизации древесных опилок с применением композиции дереворазрушающих микроорганизмов для получения комплексного органо-минерального удобрения

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к производству органо-минеральных удобрений (компостов) из промышленных отходов деревообработки, в частности, древесных опилок, и предназначено для повышения плодородия почв.

Необходимость утилизации отходов лесоперерабатывающей промышленности является одной из важнейших экологических проблем. С целью снижения антропогенного прессинга на территории, окружающие лесоперерабатывающие предприятия, наиболее экологически оправданным способом утилизации древесных отходов является использование их в качестве удобрения. Однако образующиеся в процессе биодеструкции токсичные вещества не позволяют использовать напрямую древесные отходы. Необходима длительная их переработка, обогащение доступными для растения питательными элементами, чтобы из отхода производства они превратились в ценное органическое удобрение. Самостоятельное разложение отходов деревопереработки растягивается на десятилетия, поскольку лигноцеллюлозные материалы устойчивы к микробной биодеградации и требуют заселения комплексом специфических высокоактивных микроорганизмов.

Известен способ получения органоминерального удобрения (Патент RU № 2270825, МПК С05F 3/00, опубликован 27.02.2006), заключающийся в смешивании отходов деревообработки и отходов животноводства и последующем компостировании полученной смеси. Общими признаками является присутствие в компостируемой смеси опилок, формирование бурта на открытой площадке, периодическое перемешивание созревающего компоста. Недостатком способа является использование навоза сельскохозяйственных животных, что приводит к появлению в готовом продукте семян сорных растений и нежелательной микрофлоры.

Известен способ (Патент RU № 2546230, МПК A01G 9/02, A01G 1/00, C05G 1/01, C05F 17/00, опубликован 10.04.2015), заключающийся в получении субстрата для получения высококачественного посадочного материала в промышленных насаждениях древесных и кустарниковых пород растений при контейнерном выращивании. Субстрат включает опилки древесные и дополнительно содержит комплексное минеральное удобрение, золу и препарат, обладающий компостирующим свойством, при следующем содержании компонентов, масс.%: опилки - 80-90, комплексное минеральное удобрение - 3-5, зола - 3-5, препарат, обладающий компостирующим свойством - 4-10, при этом опилки предварительно обработаны марганцовокислым калием. В качестве комплексного минерального удобрения используют, мас.ч.: аммиачную селитру - 3, суперфосфат - 1,5, сернокислый калий - 0,5. В качестве препарата, обладающего компостирующим свойством, выбирают препарат «Возрождение». Общими признаками является использование в виде основного субстрата опилок, добавление минеральных компонентов и микробного препарата. Недостатком способа является непосредственное использование созревающего компоста в качестве субстрата, что приведет к выделению токсичных низкомолекулярных веществ.

Известен способ получения удобрения из опилок с использованием лигнина и жидкого птичьего помета (патент RU № 2094414, МПК С05F 11/08, опубликован 27.10.1997), в котором используется соотношение 3-4: 1: 0.4-0.6 объемных частей, куда вводят инокулят культуры гриба Paecilomices variotii. Компостирование ведут при постоянной аэрации и заканчивают при достижении величины рН 7. Общими признаками является наличие в компостируемой смеси опилок и добавление в нее микробного препарата в виде культуры гриба Paecilomices variotii. Недостатками способа является необходимость постоянной аэрации смеси, что требует наличия помещения для компостирования и специального оборудования, что удорожает процесс производства компоста, а также то, что применение монокультуры даже самого высокоактивного микроорганизма не обеспечивает полноценной переработки отходов древесины, т.к. в природе этот процесс многостадийный, и ассоциации микроорганизмов всегда будут более эффективными.

Известен способ получения органоминерального удобрения из осадков сточных вод с помощью компостирования (патент RU № 2489414, опубликован: 10.08.2013), который включает смешивание осадков городских сточных вод с наполнителем, разрыхлителем и детоксикантом, причем в качестве наполнителя, разрыхлителя и детоксиканта используют сосновые опилки с размером фракции до 2 мм, которые смешиваются с осадками городских сточных вод с размером фракции до 5 мм в массовом соотношении 1:0,5, соответственно, и затем смесь подвергается компостированию. Общими признаками является наличие в компостируемой смеси опилок и формирование бурта для компостирования смеси. Недостатками способа являются длительный процесс (до 6 месяцев) и присутствие в компосте осадков сточных вод, что не исключает наличия условно-патогенных микроорганизмов токсичных веществ.

Известно изобретение Биокомпост (патент RU № 2057103, МПК С05F 3/00, С05F, опубликован 27.03.1996), в котором для компостирования растительных отходов используется биостимулятор в виде суспензии термофильных целлюлозоразрушающих бактерий и агрономически ценных бактерий (азотфиксирующих, фосфатразлагающих и продуцирующих ростовые вещества) Klebsiella sp., Bacillus sp., Pseudomonas putida, что сокращает срок созревания компоста до 7-10 дней и дает положительный эффект за счет фиксации молекулярного азота атмосферы, продуцирования физиологически активных соединений. Недостатком этого способа является сложность в изготовлении компоста и неспецифичность микроорганизмов к субстрату.

На сегодняшний день не существует способа, при котором опилки использовались бы в качестве единственного органического компонента, а не были бы дополнительным наполнением для многокомпонентных компостных смесей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения удобрения на основе отходов деревообработки хвойных пород (опилок, стружки хвойных пород) (патент RU № 2337085, МПК С05 F 3/00, C05F 11/00, A01K 67/033, опубликован 27.10.2008). Способ включает смешивание птичьего помета, конского и/или коровьего навоза, коры, опилок, стружки хвойных пород, укладку бурта, его увлажнение, измельчение, заселение субстрата дождевыми червями. В качестве основного компонента субстрата берут кору, опилки и стружку хвойных пород в количестве 81%, а птичьего помета и навоза соответственно 11,7% и 7,3%, трижды увлажняют бурт до влажности 65-80%, сразу после укладки, через 72 часа и через 2-2,5 месяца, предварительно перемешав и измельчив. Через 1-1,5 месяца после последнего увлажнения в бурт вносят дождевого червя, укрывают его любым подручным материалом: землей, золой или соломой, слоем 5-7 см и осуществляют процесс экстенсивного развития и размножения дождевого червя без перемешивания, без подкормок и отборов в течение 9-12 месяцев.

Недостатком этого способа является использование дождевых червей, птичьего помета, конского и/или коровьего навоза, что удлиняет время компостирования, засоряет готовый продукт семенами растений и патогенными микроорганизмами.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение продуктивности почвы и улучшение ее структуры, вовлечение в переработку отходов деревообратывающих предприятий, снижение экологической нагрузки на территории, прилежащие к лесопилкам, за счет комплексной переработки древесных опилок в комплексное органо-минеральное удобрение.

Техническим результатом является утилизация древесных опилок с получением полноценного органо-минерального удобрения..

Технический результат достигается тем, что используется способ утилизации древесных опилок для получения комплексного органо-минерального удобрения, включающий компостирование опилок с искусственным  внесением микроорганизмов, согласно изобретению опилки смешивают с минеральными компонентами в соотношении 100:0,5-3,5, при влажности 55-75 %, после процесса нейтрализации в полученную смесь вносят микробиологическую закваску в виде ассоциации дереворазрушающих микроорганизмов Acremonium sp., Phanerochaete chrysosporium Burds. 1 MR-1, Trametes versicolor (L.: Fr.) Pilat, Phanerochaete chrysosporium Burds. ATCC-24725, Sporotrichum pulverulentum (конидиальная стадия P. chrysosporium) Novobr. 1767).

Композиция микроорганизмов, состоящая из смеси дереворазрушающих микроорганизмов: Acremonium sp., Phanerochaete chrysosporium Burds. 1 MR-1, Trametes versicolor (L.: Fr.) Pilat, Phanerochaete chrysosporium Burds. ATCC-24725, Sporotrichum pulverulentum (конидиальная стадия P. chrysosporium) Novobr. 1767), полученных путем индивидуального выращивания названных культур на питательной среде.

Наличие в предлагаемом решении признаков, отличительных от признаков, характеризующих решение, принятое в качестве прототипа, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности «новизна».

Сравнение предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области, показывает следующее.

Не выявлено в результате поиска и сравнительного анализа технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, обеспечивающих при использовании достижение аналогичных результатов, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Способ основан на активной переработке древесных опилок ассоциацией вышеперечисленных грибов, которые в присутствии минеральных добавок осуществляют активную биотрансформацию и гумификацию опилок. Для питания микроорганизмов на начальных этапах роста, а также для повышения эффективности удобрения при формировании компостного бурта вносятся минеральные компоненты: гашеная известь и минеральные добавки, в состав которых входит азот, фосфор, калий. Микроорганизмы (Acremonium sp., Phanerochaete chrysosporium Burds. 1 MR-1, Trametes versicolor (L.: Fr.) Pilat, Phanerochaete chrysosporium Burds. ATCC-24725, Sporotrichum pulverulentum (конидиальная стадия P. chrysosporium) Novobr. 1767) выбранные по способности утилизировать все компоненты древесины, а также по скорости роста на опилках и синергизму действия, вносят в опилки в виде закваски, полученной путем индивидуального выращивания названных культур на питательной среде. Такая закваска выступает в качестве основного источника продуцентов окислительных и гидролитических ферментов. Органический компонент созревающего компоста на 100% состоит из древесных опилок.

Соотношение закладываемых на компостирование компонентов –

опилки:минеральные добавки:закваска – 100:0,5-3,5:0,1-0,3. Влажность компостируемой смеси должна находиться в интервале 55-75 %.

Компостирование опилок проводят с искусственным внесением микроорганизмов, при этом удобрение состоит из опилок не менее чем на 99%; перед компостированием в опилки добавляют минеральные компоненты в соотношении 100:0.5-3.5, в смесь после нейтрализации вносят микробиологическую закваску в виде ассоциации непатогенных грибов в массовом соотношении опилок к закваске – 100:0.1-0.3.

Компост, приготовленный по данному способу, является органо-минеральным удобрением с высоким удобрительным потенциалом и обладает высокой почвоструктурирующей способностью, влагоемкостью, а также оптимальным для почв рН, что позволяет улучшить структуру почв, особенно, тяжелых суглинистых. По своим агрохимическим показателям такое органо-минеральное удобрение приближается к верховому торфу. Готовый компост не содержит семян сорных растений и фитопатогенных микроорганизмов, обладает бактерицидной и фунгицидной активностью. Компост является основой тепличных грунтов и наполнителя горшочков для рассады. По физико-химическим и санитарным параметрам удобрение соответствует нормам, предъявляемым к компостам на основе отходов деревопереработки.

Способ предназначен для осуществления на территориях, прилегающих к лесопилкам – либо в полевых условиях в буртах (с навесами или под открытым небом), либо в установках по получению компостов.

Способ позволяет обогатить сельскохозяйственные угодья органическим углеродом и легкодоступными питательными элементами, а также решить проблему экологически рационального крупномасштабного использования таких отходов деревообработки, как опилки, освободить от опилок территории вокруг лесопилок, снизив тем самым их пожароопасность.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Готовят закваску в колбах объемом 250 мл на питательной среде следующего состава:

глюкоза – 10 г,

CaCl₂ – 0,02 г,

NH₄NO₃ – 0,04 г,

тиамин – 0,002 г,

К₂НРО₄ – 0,2 г,

МgSO₄ – 0,1 г,

аспарагин – 0,07 г,

янтарная кислота - 0,79 г,

сукцинат натрия - 0,54 г,

минеральный раствор - 1 мл,

вода – 1 л

индивидуально выращивают культуры грибов (Acremonium sp., Phanerochaete chrysosporium, Trametes versicolor, Phanerochaete chrysosporium Burds., Sporotrichum pulverulentum).

В стерильные опилки массой 5 кг добавляют 25 г гашеной извести для нейтрализации, 50 г мочевины и 20 г аммофоски, затем стерильно переносят культуры грибов вместе с питательной средой. Компостирование происходит в термостатируемых условиях при температуре 40°С в течение 4 месяцев. В созревающем компосте регулярно (1 раз в 2 недели) контролируется влажность и рН. За время компостирования убыль лигнина составила 22.4%, целлюлозы - 27.8%, индекс ксилолиза - 0.55.

Готовый компост (через 4 месяца компостирования) имеет следующие химические показатели:

влажность – 55%,

рН_водн – 5.8,

зола – 24 %,

азот – 2.2,

C/N - 17.5.

Пример 2. Готовят закваску по предыдущему варианту.

Подрощенные грибы стерильно переносят в ферментер и индивидуально доращивают до споруляции. Высушивание производят на стерильном цеолите (1-3 мм).

Закладка компоста осуществляется в теплое время года (конец апреля – май). На бетонированной или уплотненной земляной площадке опилки разравнивают слоем около 0,5 м, разбрасывают минеральные компоненты и перемешивают. Таким же образом формируют следующие слои смеси. На 10 т опилок добавляют:

известь – 50 кг,

мочевина – 100 кг,

аммофоска – 46 кг.

В качестве фосфор- и азотсодержащей добавки используются другие фосфорные и азотные удобрения, а вместо извести – доломитовая мука. Количество этих добавок в таком случае предварительно пересчитывают в зависимости от содержания в них действующего вещества.

Через 3-6 дней (после нейтрализации опилок до рН 6,5-7,0) смесь перемешивают, одновременно внося закваску, и укладывают в бурт дугообразной или конусообразной формы. Параметры бурта определены следующие: ширина у основания 3-6 м, ширина вверху 0,8 м, высота 2-3 м. Длина выбирается произвольной. Компостируемую смесь складируют в течение 3-4 месяцев под открытым небом или под навесом. Первое перемешивание проводят через 2-3 недели после закладки, когда температура в центральной части бурта (на глубине 60-70 см) начинает понижаться, а затем еще 2 раза в процессе компостирования (через 7 и 10 недель). При первом перемешивании равномерно вносится 50 кг извести. Отсутствие подъема температуры после перемешивания служит показателем окончания процесса компостирования.

В течение компостирования отбирали пробы компоста для проведения агротехнических испытаний. Готовый компост (через 4 месяца компостирования) имеет следующие химические показатели:

влажность – 65-67%,

рН_водн – 6,4-6,6,

зола – 18-21%,

валовое содержание, %:

азот – 1,6-2,9,

фосфор – 0,2-2,5,

калий – 0,8-2,5,

содержание подвижных форм, %:

N_{аммиачный} – 0,5-1,3,

N_{нитратный} – 0,1-0,2

Р₂О₅ – 1,0-2,8,

К₂О – 0,7-1,3,

содержание тяжелых металлов (ПДК для почв), мг/кг:

ртуть – 0,01 (2,1),

цинк – 30 (100),

медь – 4 (55),

свинец – 0,4 (30).

Пример 3. Приготовленный по вышеуказанной технологии компост вносили в вегетационный сосуд в количестве 1:10 по объему. В работе использовали семена пшеницы сорта Ангара-86, гороха сорта Овощной гигант, огурцов Изящный, томатов Тести и редиса сорта 18 дней. Для опыта брали по 50 семян пшеницы и редиса и 20 семян гороха, огурцов, томатов. Оценку эффективности удобрений осуществляли по накоплению вегетативной массы относительно контроля через 2 недели для редиса и пшеницы и через 3 недели для гороха.

Данные вегетационных опытов испытанных культур при внесении исходных опилок и образца компоста приведены в таблице.

Таблица

Результаты вегетационных исследований сельскохозяйственных культур при внесении компоста

* - по отношению к контролю при дозе внесения 1 кг/м².

Отмечена прибавка длины и массы всех исследованных культур, выращенных на компосте, особенно заметна прибавка корневой части растения.

Пример 4. На исследуемых участках высаживают картофель с междурядьем 70 см. Картофель высоко окучивается. Опилочный компост вносят по 0,2 кг в лунку перед посадкой или под перепашку из расчета 100 кг на сотку. Повышение урожайности достигается до 35-40%.

Таким образом, в процессе обработки опилок ассоциацией микроорганизмов по предлагаемому способу компост обогащается основными питательными элементами, большая часть которых находится в усваиваемой растениями форме.