Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОСТА ИЗ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к области сельского хозяйства и экологической биотехнологии и может быть использовано для приготовления удобрений из осадка сточных вод, а также утилизации осадка сточных вод.

В современном обществе образуется огромное количество антропогенных отходов, складирование и утилизация которых является одной из важнейших проблем в современном мире. Среди этих отходов следует отметить все возрастающее количество осадка сточных вод. Одним из решений проблемы может явиться использование данного вида отходов в качестве материала для получения органического удобрения.

Осадки городских сточных вод обладают высокой удобрительной ценностью, так как на 40% состоят из гумусовых веществ и их предшественников и содержат все необходимые для формирования почвы вещества. Наличие в них тяжелых металлов негативно действует на биологическую активность почвы. Однако, в настоящее время технологические мероприятия позволяют нормализовать содержание в компосте микроэлементов и количество солей тяжелых металлов.

В компосте, включающем осадки сточных вод, содержится огромное количество органических веществ, при разложении которых выделяется углекислый газ, необходимый для жизни растений. Эти вещества являются не только источником питания культур, но и источником биологических активаторов почвенных процессов, стимулируют развитие и деятельность почвенных микроорганизмов, которые играют большую роль в почвенном питании растений, устраняют отрицательное воздействие кислотности подзолистых и щелочности засоленных почв. Введение в компост сырого осадка сточных вод повышает в нем содержание жиров, углеводов и продуктов их распада. Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза и основными исходными продуктами биосинтеза других веществ, а жиры являются структурными компонентами цитоплазмы клеток и выполняют различные функции.

Известно множество технических решений, направленных на создание технологий получения органических удобрений с использованием данного вида отходов - осадка сточных вод в качестве материала для получения органического удобрения (А.с. СССР №685653, Кл. C05F 11/00, C05F 3/00, 1978; А.с. СССР №948993, Кл. C05F 7/00, C05F 11/02, 1979; А.с. СССР №1213017, Кл. C05F 7/00, C05F 11/02, 1984; Пат. РФ №2159756, Кл. C05F 7/00, 1999; Пат. РФ №2252205, Кл. C05F 7/00, 2003; Пат. РФ №2414444, Кл. C05F 7/00, 2009; Пат. РФ №2299872, Кл. C05F 7/00, 2005 и др.).

В основу известных способов получения компоста с использованием осадка сточных вод положен аэробный способ биоконверсии осадка сточных вод с влагоемкими и газопоглощающими добавками (опилками, торфом, древесной щепой, пивной дробиной, соломой и др.), включающий смешивание компонентов и формирование из полученной смеси компостной кучи. Компостирование смеси (превращение смесей в готовый компост) зависит как от соотношения компонентов, их качественного перемешивания, так и от факторов, способствующих протеканию ферментативных процессов в смеси. Биологическое обеззараживание компоста возможно в результате саморазогревания смеси до определенной температуры (50-60°С). Внесение биоактивных добавок ускоряет ферментацию.

Известные способы получения компоста с использованием осадка сточных вод направлены на повышение качества полученного компоста, снижение его себестоимости, сокращение времени приготовления компоста, но вместе с тем известные способы получения компоста (Пат. РФ №2159756, Кл. C05F 7/00, 1999; Веснер Дж. М. Компостирование осадка сточных вод. - В кн.: Обработка и удаление осадков сточных вод. - Т.2. - М.: Стройиздат, 1985, с.62-100) отличаются невысокой эффективностью выведения тяжелых металлов из компоста, поскольку выделение тяжелых металлов из компостируемой массы происходит только за счет сил гравитации, поэтому в приготовленном компосте сохраняются тяжелые металлы, ухудшающие качество компоста и загрязняющие окружающую среду, некоторые - длительностью процесса компостирования (А.с. СССР №1213017, Кл. C05F 7/00, C05F 11/02, 1984) и высокой себестоимостью (Пат. РФ №2252205, Кл. C05F 7/00, 2003).

Известен способ приготовления органического удобрения из осадка сточных вод (Пат. РФ №2299872, Кл. C05F 7/00 (2006.01), 2005, прототип по варианту 4. Способ приготовления органического удобрения по варианту 1 включает смешивание минерализованного осадка сточных вод с пивной дробиной и последующее аэробное компостирование смеси; способ по варианту 2 включает смешивание свежего осадка сточных вод с углеродсодержащим влагопоглощающим компонентом (опилки любых древесных пород или торф) с добавлением пивной дробины и также последующее аэробное компостирование смеси; способ по варианту 3 включает смешивание свежего осадка сточных вод с углеродсодержащим влагопоглощающим компонентом (опилки любых древесных пород или торф) с добавлением пивной дробины и биоактиватора и последующее аэробное компостирование смеси; способ по варианту 4 включает смешивание свежего осадка сточных вод с углеродсодержащим влагопоглощающим компонентом (опилки любых древесных пород или торф) с добавлением биоактиватора и последующее аэробное компостирование смеси.

Известный способ приготовления органического удобрения из осадка сточных вод (варианты) решает проблему утилизации осадка сточных вод. Недостатком его является несколько повышенная себестоимость готового компоста за счет утилизации дорогостоящих отходов пивоваренного производства.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в разработке простого и дешевого способа получения органического удобрения, расширяющего ассортимент органических удобрений, с одновременным решением проблемы утилизации осадка сточных вод.

Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в возможности получения недорогого экологически безопасного органического удобрения и в разрешении проблемы утилизации осадка сточных вод.

Поставленная в изобретении задача решена тем, что в способе приготовления компоста из осадка сточных вод (вариант 1), включающем смешивание свежего осадка сточных вод сроком хранения менее 3 лет с органическим компонентом, в качестве которого используют опилки любых древесных пород, с добавлением биоактиватора и последующее аэробное компостирование полученной смеси, перед смешиванием компонентов производят послойную укладку опилок влажностью 30-40% и осадка сточных вод, влажность которого составляет 79-81%, в соотношении 3:1, при этом опилки подвергают биоактивации путем опрыскивания рабочим раствором препарата ЭМ-1 «Байкал» при норме расхода 5 л на 1 т с концентрацией его в рабочей жидкости 0,0001%, кроме того, аэробное компостирование полученной смеси осуществляют в буртах, при этом при достижении компостируемой смесью температуры 50-60°С смесь выдерживают 20 суток, после чего неоднократно производят перебивку бурта в течение 2-х месяцев с интервалом в 15-20 дней с последующей выдержкой компоста в течение 14-15 суток.

По варианту 2 в способе приготовления компоста из осадка сточных вод, включающем смешивание свежего осадка сточных вод сроком хранения менее 3 лет с органическим компонентом, в качестве которого используют опилки любых древесных пород, с добавлением биоактиватора и последующее аэробное компостирование полученной смеси, перед смешиванием компонентов производят послойную укладку опилок влажностью 30-40% и осадка сточных вод, влажность которого составляет 79-81%, в соотношении 3:1, при этом в качестве биоактиватора используют птичий помет влажностью 55-58% в количестве 5% от компостируемой массы, который вносят на каждый слой опилок, кроме того, аэробное компостирование полученной смеси осуществляют в буртах, при этом при достижении компостируемой смесью температуры 50-60°С смесь выдерживают 20 суток, после чего неоднократно производят перебивку бурта в течение 2-х месяцев с интервалом в 15-20 дней с последующей выдержкой компоста в течение 14-15 суток.

Птичий помет влажностью 55-58% вносят на слой опилок кормораздатчиком марки КТП-6. Аэробное компостирование смеси осуществляют в буртах, имеющих в поперечном сечении форму равнобедренного треугольника с основанием 4 м и высотой 3 м.

Одним из наиболее рациональных способов утилизации осадка сточных вод является включение их в состав различных органических компостов. Применение свежего осадка сточных вод непосредственно с иловых карт в качестве органического удобрения ограничено по санитарным показателям в связи с возможным содержанием в нем яиц гельминтов, цист кишечных патогенных простейших, патогенных микроорганизмов и бактерий группы кишечной палочки. Способы обеззараживания ОСВ с помощью химических препаратов или термообработки являются дорогостоящими. Естественное обеззараживание ОСВ путем длительного хранения (более 3-х лет) приводит к минерализации органического вещества ниже нормативного уровня (содержание органики < 10-15%), и поэтому такой ОСВ не может быть использован в качестве удобрения.

Для оптимизации химического состава (отношения углерода к азоту) и регулирования влажности в смесь вводят энергетический углеродсодержащий, влагопоглощающий компонент в виде опилок. Обусловлено это тем, что в качестве наполнителя обычно применяют материалы, имеющиеся в достаточном количестве в данном регионе. В Нечерноземной зоне России чаще всего используют торф, солому, опилки. В настоящее время в связи с минимизацией объемов заготовки торфа и сокращением посевных площадей злаковых культур самым дешевым и доступным из наполнителей могут служить опилки, обладающие высокой гигроскопичностью и хорошими сорбционными свойствами и создающие кислую среду.

В основу заявленной технологии получения компоста из осадка сточных вод положен аэробный способ биоконверсии свежего осадка сточных вод влажностью 79-81% с древесными опилками, влажность которых составляет 30-40%, в буртах. Внесение биоактивных добавок - препарата ЭМ-1 «Байкал» или птичьего помета - ускоряет ферментацию. При перемещении компостируемой смеси с одного места на другое (перебивка бурта) происходит интенсификация тепло- и массообменных процессов за счет аэрации бурта. Резко интенсифицируются процессы биохимического окисления, уменьшается размер частиц биоматериала, сокращается срок компостирования.

Препарат ЭМ-1 «Байкал», используемый в качестве биоактиватора, представляет собой набор штаммов многих десятков полезных микроорганизмов с преобладанием молочнокислых бактерий. Выпускается фирмой ООО «ЭМ-центр», находящийся в г.Улан-Удэ, ул.Кирова, 19. Нормы и способы внесения биоактиватора в компостируемую смесь подобраны экспериментальным путем.

Обработка опилок рабочим раствором препарата ЭМ-1 «Байкал» и последующее смешивание их с осадком сточных вод позволяет более равномерно внести биоактиватор в компостируемую смесь.

Птичий помет, используемый в качестве биоактиватора, брали на Верхневолжской птицефабрике Тверской области, где в течение года его накапливается 23-25 тыс. тонн. На слой опилок птичий помет вносят кормораздатчиком марки КТП-6 достаточно равномерно. Нормы и способ его внесения в компостируемую смесь подобраны экспериментальным путем.

Аэробное компостирование полученной смеси осуществляют в буртах, имеющих в поперечном сечении форму равнобедренного треугольника с основанием 4 м и высотой 3 м. Форма и размеры бурта обусловлены используемой для его формирования техникой, а также удобством проведения последующей перебивки и подобраны также экспериментальным путем.

За счет равномерного распределения компонентов в смеси, оптимального их соотношения и высоты бурта смеси для компостирования полученный компост имеет достаточно высокое качество (таблица 1).

Изобретение поясняется таблицами.

Представлена таблица 1, характеризующая химический состав компоста, приготовленного из осадка сточных вод (варианты); представлена таблица 2, показывающая содержание тяжелых металлов в компосте, приготовленном из осадка сточных вод (варианты); представлена таблица 3, в которой приведены санитарно-бактериологические и санитарно-паразитологические показатели компостов, приготовленных по варианту 1 и варианту 2.

Заявленный способ приготовления компоста из осадка сточных вод (вариант 1) включает следующие операции:

1) подготовку площадки с твердым покрытием;

2) укладку слоя опилок, влажность которых составляет 30-40%, на подготовленную площадку;

3) опрыскивание слоя опилок рабочим раствором препарата ЭМ-1 «Байкал» при норме расхода 5 л на 1 т с концентрацией его в рабочем растворе 0,0001%;

4) укладку на слой опилок слоя осадка сточных вод влажностью 79-81% при соотношении компонентов 3:1;

Операции 2-4 повторяют до образования компостируемой кучи необходимых размеров.

7) смешивание послойно уложенных осадка сточных вод с опилками;

8) формирование бурта из полученной смеси, имеющего в поперечном сечении форму равнобедренного треугольника;

9) замер температуры разогрева смеси в различных точках бурта; при достижении компостируемой смесью температуры 50-60°С смесь выдерживают 20 суток, в течение данного времени происходит биологическое обеззараживание смеси;

10) неоднократная перебивка бурта в течение 2-х месяцев с интервалом в 15-20 дней;

11) выдержка компоста в течение 14-15 суток.

Способ приготовления компоста из осадка сточных вод по варианту 2 включает те же операции, что и способ приготовления компоста из осадка сточных вод по варианту 1, кроме операции 3, где на слой опилок вносят птичий помет влажностью 55-58%. Норма внесения птичьего помета в компостируемую смесь составляет 5% от ее массы.

Примеры конкретного выполнения способа приготовления компоста из осадка сточных вод (варианты).

Пример 1.

Компост из осадка сточных вод по заявленному способу был приготовлен на кафедре агрохимии, почвоведения и агроэкологии Тверской ГСХА летом 2012 года на площадке с твердым покрытием, размеры которой зависят от планируемой массы компоста. Для получения 1600 т компоста была устроена площадка 100×100 м с уклоном к одному краю в 0,5-1° по отношению к поверхности почвы и окаймлена канавой для стока атмосферных осадков.

Процесс компостирования осуществляют в непрерывном режиме следующим образом.

На площадку мобильным транспортером доставляют опилки любых древесных пород влажностью 30-40% и укладывают в виде ленты шириной 3,5-4 м и толщиной 1-1,2 м с последующей обработкой их путем опрыскивания с помощью ранцевого опрыскивателя рабочим раствором препарата ЭМ-1 «Байкал» при норме расхода 5 л на 1 т с концентрацией его в рабочей жидкости 0,0001%.

Рабочий раствор препарата ЭМ-1 «Байкал» готовят следующим образом: за 10-14 дней до закладки компоста 40 мл препарата ЭМ-1 «Байкал» разводят в 4 л нехлорированной воды с добавлением 40 г патоки. В день закладки компоста предварительно полученный концентрат препарата ЭМ-1 «Байкал» разводят нехлорированной водой в соотношении 1:100. После обработки слоя опилок рабочим раствором препарата ЭМ-1 «Байкал» мобильным транспортом завозят осадки сточных вод с площадок складирования сроком хранения менее 3-х лет влажностью 79-81% и укладывают их по всей длине слоя опилок. Масса осадка сточных вод составляет 1/3 от массы опилок. Погрузчиком непрерывного действия (ПНД-250), или снегоуборщиком непрерывного действия, или с помощью другой имеющейся техники аналогичного назначения производят перемешивание исходных компонентов компоста. Далее из полученной смеси с помощью бульдозера формируют бурт объемом 560 м³, имеющий в поперечном сечении форму равнобедренного треугольника с основанием 4 м и высотой 3 м.

Для установления степени готовности компоста по прошествии 10 дней определяют температуру разогревания смеси в различных точках бурта, для чего по длине бурта условно выделяют несколько поперечных треугольных сечений и замеряют температуру смеси на различной высоте по сечению, причем на каждой высоте замера температуру определяют на разной глубине от поверхности откоса бурта. При достижении температуры во всех точках бурта в пределах 50-60°С процесс компостирования протекает нормально с биологическим обеззараживанием смеси. Отбирают пробы, характеризующие санитарное состояние компоста. Бурт выдерживают 20 дней с момента достижения компостируемой смесью температуры 50-60°С, после чего производят перебивку бурта дважды-трижды (в течение 2-х месяцев с интервалом в 15-20 дней) с последующей выдержкой в 14-15 суток для созревания. Готовый компост вывозят к местам использования.

Готовый компост (вариант 1) отвечает требованиям ГОСТ, является удобрением с необходимыми агрохимическими характеристиками, что подтверждает его химический состав (таблица 1). Содержание тяжелых металлов в компосте, приготовленном из осадка сточных вод (варианты), не превышает допустимые нормы и представлено в таблице 2. Санитарную и экологическую безопасность полученного компоста подтверждает бактериологический анализ, выполненный в испытательной лаборатории Центра гигиены и эпидемиологии Тверской области (таблица 3).

Пример 2. Аналогичен примеру 1 конкретного выполнения способа приготовления компоста из осадка сточных вод, с той лишь разницей, что в качестве биоактиватора применяют птичий помет влажностью 55-58% в количестве 5% от компостируемой массы, который вносят на каждый слой опилок кормораздатчиком марки КТП-6.

Готовый компост, полученный заявленным способом (вариант 2), отвечает требованиям ГОСТ, является удобрением с необходимыми агрохимическими характеристиками, что подтверждает его химический состав (таблица 1). Содержание тяжелых металлов в компосте, приготовленном из осадка сточных вод (варианты), не превышает допустимые нормы и представлено в таблице 2. Санитарную и экологическую безопасность полученного компостов (варианты) подтверждает бактериологический анализ, выполненный в испытательной лаборатории Центра гигиены и эпидемиологии Тверской области (таблица 3).

Анализируя химический состав компостов (варианты 1 и 2), полученных заявленным способом, а также данные таблиц 2 и 3 следует сделать вывод о том, что действительно одним из наиболее рациональных способов утилизации осадка сточных вод является включение их в состав различных органических компостов.

Заявленный способ приготовления компоста из осадка сточных вод (варианты) промышленно осуществим, достаточно прост и дешев. Одновременно с решением проблемы утилизации осадка сточных вод появилась возможность получения недорогого, экологически безопасного органического удобрения достаточно высокого качества, расширяющего ассортимент органических удобрений.