Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ЛИЧИНОК МУХ РОДА LUCILIA ОТ СУБСТРАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для приготовления кормов. Биомасса личинок мух рода Lucilia является высокоэффективной белковой добавкой в рацион питания животным, рыбе и птице.

Одной из последних инноваций в аграрно-промышленном комплексе является технология получения кормового белка из насекомых, которая решает сразу две насущные проблемы: восполнение дефицита кормового белка и утилизацию органических отходов. Экологическая безопасность технологии делает ее вдвойне привлекательной (https://www.agroinvestor.ru/teclmologies/article/30408-poveliteli-mukh-rossiyskaya-kompaniya-razrabotala-tekhnologiyu-utilizatsii-otkhodov-s-pomoshchyu-lich/). Использование мух рода Lucilia для получения белкового корма является перспективной, неэнергоемкой и дешевой технологией (http://www.nasadki.net/index/promyishlennaya_tehnologiya_pererabotki_othodov _ptitsefabrik_s_pomoschyu_lichinok_muh/0-53). При этом особое значение придается функции отделения личинок мух рода Lucilia от переработанного субстрата, а, следовательно, конструкции разделительного устройства, которая должна быть компактной, несложной в выполнении и технологическом использовании, экономически доступной и высокоэффективной.

Существуют различные способы отделения выращенных личинок мух от переработанного субстрата, для реализации которых существует множество установок-отделителей.

Известно использование воздействия высоких температур на лоток для выращивания, когда личинки при температуре субстрата выше (48-52)°С покидают субстрат. Они устремляются в боковые стороны лотка и там его покидают, попадая в емкость для их сбора (https://stadbooks.net/1271323/agropromyshlennost/prakticheskie_predlozheniya).

Известен способ отделения личинок мух от переработанного пищевого субстрата под воздействием давления на субстрат и тепла, включающий помещение субстрата с личинками в емкость слоем 15-30 см, наложение сетчатого экрана на субстрат путем прижатия его к поверхности субстрата с постоянным давлением 100-350 кг/м², внешнее тепловое воздействие нагреванием субстрата до 50-53°С и последующее снятие личинок с поверхности экрана (авторское свидетельство СССР 1464992, А01К 67/00, 15.03.1989).

Известно воздействие постоянным электрическим полем плотностью 50-70 А/м² в течение 30-40 мин (авторское свидетельство СССР 1340698, А01К 67/00, 30.09.1987).

Известен метод прекращения подачи воздушного потока в инкубатор. Под воздействием ряда факторов - накопление углекислого газа, дефицит кислорода, биотермического процесса и повышенной двигательной активности личинок в фазе предкуколки они выходят на поверхность субстрата, мигрируют и попадают из лотков в приемную емкость (http://storage13.fermer.ru/2011/08/123710/198984.pdf).

Из патента RU 2049338, А01К 67/033, 10.12.1995 известен способ отделения предкуколок от переработанных отходов путем прекращения воздухообмена. Из биоперегноя, находящегося в поддоне, через отверстия в борту и/или днище поддона мигрируют предкуколки и попадают в сборник личинок с сетчатым дном. Борт поддона имеет загиб вовнутрь под углом 30-60°, удобнее под 45°. Это не позволяет предкуколкам переползать борт поддона и оставляет им возможность мигрировать в определенных местах, где проделаны отверстия.

Из патента RU 2644343, А01К 67/033, C05F 1/00, А23К 10/00, 03.08.2016 известно отделение личинок мух рода Lucilia от переработанного ими субстрата под воздействием тепла и света с помощью специальных емкостей и сеток с размером ячеек от 2,5 мм до 7 мм в зависимости от размера личинки. Содержимое лотков высыпается на сетку, через которую личинки под воздействием света и тепла проникают в специальную емкость. В результате очистки образуется биомасса личинок и переработанный личинками органический субстрат.

Общим недостатком вышеуказанных способов является применение в процессе отделения личинок от переработанного субстрата емкостей (поддонов, лотков, кювет и т.п.), что затруднительно при использовании в условиях большой производительности, когда необходимо разрешить нелегкое противоречие: простота, дешевизна - долговечность и полнота очистки от переработанного материала.

Поэтому более перспективно использовать для процесса сепарации ленточный транспортер.

Известно отделение выросших личинок от переработанного субстрата, процесс которого основан на самостоятельной миграции личинок от переработанного субстрата под воздействием отрицательного фототаксиса личинок. С этой целью предлагается устройство, состоящее из сетчатого замкнутого транспортера над которым размещаются источники света. Под верхней ветвью сетчатого транспортера расположен бункер для сбора отделившихся личинок, на выходе которого установлен пневмосепаратор, соединенный с транспортером для перемещения отделенных личинок. На выходе сетчатого транспортера устанавливается цилиндрическая щетка под которой размещен бункер для сбора переработанного субстрата. Для отделения личинок переработанный субстрат с выросшими личинками вываливается на поверхность сетчатого транспортера и равномерно размещается слоем 10 мм по поверхности транспортера. Под воздействием света личинки уходят вглубь субстрата и проваливаются через сетчатый транспортер в бункер для личинок. Личинки, падая из бункера посредством пневмосепаратора, очищаются от остатков субстрата. Переработанный в удобрение субстрат с сетчатого транспортера сбрасывается в бункер для удобрения и подается в склад транспортером (http://storage13.fermer.ru/2011/08/123710/198984.pdf).

Недостатком является низкая степень очистки и низкий процент отделения личинок от субстрата.

Известно разделительное устройство, выполненное в виде замкнутого горизонтально расположенного сетчатого транспортера с источниками света и тепла, размещенными над ним, и бункерами для сбора удобрения и личинок, находящимися под транспортером. Личинки под действием света и тепла пытаются укрыться в нижележащих слоях переработанного субстрата и проваливаются через отверстия транспортера в бункер (авторское свидетельство СССР 725644, А23К 1/00, C05F 3/06,05.04.1980).

Недостатком является низкая степень очистки и низкий процент отделения личинок от субстрата. Медленное выделение личинок из субстрата. Ячейки быстро забиваются мелкими частицами субстрата и отделение личинок резко замедляется. Большие трудозатраты.

Наиболее близким к предложенному решению является способ отделения личинок мух от переработанного субстрата, реализуемый известным устройством для первичной сепарации личинок синантропных мух из переработанного материала, выполненным в виде транспортерной ленты и установленных над ней: загрузочного бункера для подачи личинок вместе с переработанным субстратом, шнеков-сборщиков для снятия верхнего слоя и источника света. Из бункера биоперегной равномерно распределяется на транспортерной ленте. Под транспортерной лентой установлена еще одна транспортерная лента для сбора биоперегноя. Данное устройство для сепарации построено по схеме со световым и тепловым воздействием на личинок сверху с целью их внедрения вглубь материала и снятием верхнего слоя, не содержащего личинок. Нижняя часть слоя биоперегноя остается на транспортерной ленте и с нее попадает в лотки устройства для вторичной сепарации (патент RU 2032339, А01К 67/033, C05F 3/06, 10.04.1995). Решение данного способа отделения личинок мух от субстрата принято за прототип первого изобретения. Конструктивное решение данного устройства для сепарации принято за прототип второго изобретения.

Недостатком является низкая степень отделения личинок от переработанного субстрата, что обуславливает необходимость вторичной сепарации, требует наличия дополнительного узла для дальнейшей переработки. К тому же использование в прототипе для отделения личинок мух от субстрата присущего им свойства отрицательного фототаксиса не подходит для отделения личинок мух рода Lucilia.

Задачей, на решение которой направлено данное предложение, является разработка эффективного способа отделения личинок мух рода Lucilia от субстрата и устройства для его осуществления, обеспечивающего высокую степень очистки личинок при их максимальном (до 98%) выходе.

Технический результат заключается в снижении степени загрязнения личинок мух рода Lucilia при их максимальном выходе путем оптимизации процесса отделения и конструкции устройства для отделения личинок от переработанного субстрата.

Сущность первого технического решения заключается в том, что в способе отделения личинок мух рода Lucilia от субстрата, включающем подачу субстрата вместе с личинками на поверхность движущейся транспортерной ленты через расположенный над ней загрузочный бункер и воздействие на субстрат источником света, особенность состоит в том, что используют транспортерную ленту шириной не менее 750 мм с рифленой поверхностью, установленную с наклоном в боковую сторону под углом 20°±5° в поперечной плоскости относительно основания, в процессе движения которой подают субстрат с личинками через калиброванную щель в торцовой части загрузочного бункера и далее подают транспортерной лентой в зону затемненного пространства с подсветкой, сформированную крышками, установленными над транспортерной лентой под углом 20° в поперечной плоскости и снабженными закрепленным на каждой из них со стороны более низко расположенного продольного края транспортерной ленты источником света, при этом обеспечивают движение транспортерной ленты с линейной скоростью не более 0,9 м/мин, загрузочный бункер размещают в верхней части транспортерной ленты с зазором 8-10 мм от ее поверхности, устанавливают вдоль транспортерной ленты со стороны более высоко расположенного ее продольного края борт и закрепляют со стороны более низко расположенного продольного края транспортерной ленты приемные желоба для приема личинок, мигрирующих из субстрата на свет по транспортерной ленте.

Сущность второго технического решения заключается в том, что в установке для отделения личинок мух рода Lucilia от субстрата, содержащей транспортерную ленту с установленными над ней загрузочным бункером и световым излучателем, особенность состоит в том, что использована транспортерная лента с рифленой поверхностью, транспортерная лента расположена под углом 20°±5° в поперечной плоскости относительно основания и установлена с возможностью регулировки величины наклона в пределах указанного допуска и линейной скорости движения, над транспортерной лентой размещены крышки, которые установлены под углом 20° в поперечной плоскости с возможностью перемещения, формирующие зону затемненного пространства, на транспортерной ленте вдоль стороны более высоко расположенного ее продольного края установлен борт, со стороны более низко расположенного продольного края транспортерной ленты установлены приемные желоба с возможностью приема личинок из транспортерной ленты, при этом загрузочный бункер установлен в верхней части транспортерной ленты с зазором 8-10 мм от ее поверхности, в торцовой части загрузочного бункера выполнена калиброванная щель для подачи субстрата с личинками, а источник света закреплен на каждой крышке со стороны более низко расположенного продольного края транспортерной ленты. Также устройство может быть оборудовано пятью крышками. Кроме этого, устройство может быть дополнительно снабжено контейнером для сбора личинок из приемных желобов. Может быть установлен гофро-борт или разрезной борт. Приемные желоба сверху желательно снабдить сетками-ловушками, которые надо установить с возможностью их свободного снятия. Устройство дополнительно может быть снабжено контейнером для сбора удобрения. Для очистки транспортерной ленты устройство желательно дополнительно оборудовать неподвижными щетками. Калиброванная щель предпочтительно выполнена размером 90×40 мм. В качестве источника света использована, например, люминесцентная лампа. Особенность и в том, что использована транспортерная лента предпочтительно с рельефом «елочка».

Данная совокупность существенных признаков обеспечивает получение указанного технического результата.

Оптимизация технологии отделения личинок мух рода Lucilia от субстрата и конструкции устройства для ее осуществления позволяет повысить степень очистки личинок при их максимальном выходе, что увеличивает выход целевых продуктов.

На фиг. 1 представлено устройство отделения личинок мух рода Lucilia от субстрата в аксонометрии, общий вид; на фиг. 2 - упрощенная схема устройства отделения личинок мух рода Lucilia от субстрата, вид сбоку; на фиг. 3 представлено изображение сетки-ловушки приемных желобов; на фиг. 4 представлена упрощенная принципиальная схема выполнения способа отделения личинок мух рода Lucilia от субстрата в аксонометрии; на фиг. 5 представлено изображение гофро-борта транспортерной ленты; на фиг. 6 - изображение разрезного борта транспортерной ленты; на фиг. 7 - изображение транспортной ленты с рельефом «елочка».

В основе способа отделения личинок мух рода Lucilia от переработанного субстрата лежит особенность их двигательной реакции в ответ на световой стимул - они ползут на свет в отличие от личинок мух по прототипу, которые ползут от источника света. Личинок мух рода Lucilia привлекает свет, так как они воспринимают его как фактор безопасности, открытое пространство в отличие от личинок мух по прототипу, воспринимающих свет как реакцию на опасность с последующим заползанием в темное.

В предлагаемом способе личинки мух рода Lucilia отделяются от переработанного субстрата с помощью специально разработанного удобного и практичного устройства.

Устройство для отделения личинок мух рода Lucilia от субстрата содержит транспортерную ленту 1, над которой установлены: щелевой загрузочный бункер 2, крышки 3, источники света 4.

Используется транспортерная лента 1 с рифленой поверхностью. Лента 1 расположена с наклоном в боковую сторону, под углом 20°±5° в поперечной плоскости относительно пола (основания). Устройство выполнено с возможностью регулировки этого угла в пределах допуска ±5° и линейной скорости движения ленты 1. Рельеф ленты 1 подобран таким образом, чтобы с одной стороны обеспечить свободное движение личинок, а с другой стороны максимально удержать на ленте 1 удобрение. Этим условиям удовлетворяет, в частности лента 1 с рельефом «елочка» (фиг. 7). Ширина ленты 1 составляет не менее 750 мм.

Бункер 2 неподвижно расположен над движущейся под ним транспортерной лентой 1 в области ее верхней части. Лента 1 не касается бункера 2. Зазор между бункером 2 и лентой 1 составляет 8-10 мм. В торцовой части бункера 2 выполнена калиброванная щель 5, через которую лентой 1 подают субстрат из бункера 2.

Количество крышек 3 зависит от габаритов устройства. Между крышками 3 и лентой 1 образована зона затемненного пространства. Для этого каждая крышка 3 установлена таким образом, что между ней и лентой 1 в поперечной плоскости сформирован угол в 20° (крышки 3 установлены под углом 20° относительно транспортерной ленты 1) с возможностью ее перемещения в открытое положение. На каждой крышке 3 со стороны более низко расположенного продольного края ленты 1 размещен источник света 4, преимущественно люминесцентная лампа.

Для исключения случайного падения личинок на ленте 1 вдоль стороны ее более высоко расположенного продольного края установлен борт 6, который выполнен гофро- или разрезной (фиг. 5, 6).

Со стороны более низко расположенного продольного края ленты 1 устройство оборудовано приемными желобами 7, установленными вдоль ленты 1 с возможностью приема с нее личинок, мигрирующих из субстрата на свет по транспортерной ленте 1, и снабжено контейнером 8 для сбора личинок из желобов 7. Сверху приемные желоба 7 снабжены сетками-ловушками 9.

Устройство снабжено контейнером 10, установленным в его конце с возможностью приема удобрения с транспортерной ленты 1.

Для очистки разгруженной ленты 1 устройство оборудовано неподвижными щетками 11 (в случае необходимости).

Все устройство крепится на опорной металлоконструкции (станине) в виде легкой рамы 12 с регулируемыми опорами 13. Регулировка скорости движения ленты 1 осуществляется регулируемым приводом 14 посредством мотор-редуктора 15.

Личинки мух рода Lucilia вместе с переработанным субстратом дозированно подаются в загрузочный бункер 2 и через него на рифленую поверхность транспортерной ленты 1.

Лента 1, расположенная с наклоном в боковую сторону, движется с невысокой скоростью. Линейная скорость ее движения не более 0,9 м/мин. Скорость движения ленты 1 устанавливают в пределах, обеспечивающих миграцию личинок из субстрата в приемные желоба 7. Бункер 2 расположен над областью верхней части ленты 1. В торцовой части бункера 2 выполнена калиброванная щель 5, через которую лентой 1 подают субстрат из бункера 2. За время движения транспортерной ленты 1 субстрат проходит зону затемненного пространства с подсветкой от источника света 4, образованную под крышками 3. Наклон ленты 1 и подсветка источником света 4 являются факторами, приманивающими личинки мух рода Lucilia, которые сами ползут к более низкому продольному краю ленты 1 в течение ее продольного движения.

Личинки самостоятельно убегают и по направляющим рифленой поверхности попадают в желоба 7, а оттуда скатываются в контейнер 8 для их сбора.

Борт 6 служит для исключения случайного падения личинок вдоль стороны более высоко расположенного продольного края ленты 1.

В составе субстрата могут попадаться частицы круглой формы (шарики), которые довольно легко скатываются по ленте к ее более низкому продольному краю и падают вниз вместе с личинками. Для предотвращения попадания этих частиц в приемный контейнер 8, сверху приемных желобов 7 установлены сетки-ловушки 9, которые удерживают шарики удобрения и в то же время личинки свободно падают в приемный желоб 7. Сетки-ловушки 9 периодически очищаются вручную. Они легко извлекаются из приемных желобов 7 и очищаются встряхиванием, примерно 1-2 раза в смену.

В процессе движения личинок по наклонной рифленой плоскости ленты 1, они подталкивают и частицы удобрения, которые постепенно смещаются к низу ленты. Субстрат застревает в верхней части рифленой поверхности ленты 1 и все неподвижные частицы на ленте 1 (удобрение, мертвые личинки, мусор) достигают конца устройства и падают с ленты 1 в приемный контейнер 10 для удобрения.

Таким образом, субстрат с личинками мух рода Lucilia из бункера 2 разделяется на две части - личинки в контейнере 8 и удобрение в контейнере 10.

ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ

По предлагаемому способу проведено отделение личинок мух рода Lucilia от субстрата. Субстрат с личинками мух рода Lucilia поступает в загрузочный бункер 2.

Ширина транспортерной ленты 1 с рельефом «елочка» на поверхности составляет 750 мм.

Длина устройства - пять метров.

Количество крышек 3 составляет пять.

Источник света 4 - люминесцентная лампа.

Зазор между бункером 2 и лентой 1 составляет 9 мм.

Размер калиброванной щели 5 загрузочного бункера 2 - 90×40 мм.

Линейная скорость движения ленты 1 составляет 0,9 м/мин.

Расчетное время пребывания личинки на ленте 1 составляет 5,5 минут.

Рассыпная масса субстрата в емкости 1 литр составляет 0,5 кг.

Производительность устройства по субстрату - 0,9 дм * 0,4 дм* 9 дм/мин* 0,5 кг = 1,62 кг/мин = 97,2 кг/час.

Степень загрязнения личинок не более 0,1% по массе.

При ширине ленты 1, равной 750 мм, достигается результат - личинки успевают покинуть ленту 1 примерно за 7 минут, а удобрение полностью остается на ленте 1.

Поскольку мухи рода Lucilia, как и любые из мух других видов, являются носителем определенной уникальной генетической информации, то сравнение полученных результатов провели по предлагаемому способу отделения личинок мух рода Lucilia от субстрата и по способу отделения личинок мух рода Lucilia от субстрата, известному из патента RU 2644343, А01К 67/033, C05F 1/00, A23K 10/00, 03.08.2016 - способ переработки биологических отходов с получением белкового корма и биоудобрения, включающий получение живой биомассы личинок мух от лабораторной популяции мух рода Lucilia. Дробное кормление личинок по комбинированному типу создает личинкам комфортные условия получения пищи в зависимости от их возраста, обеспечивая питание именно той фракции, частицы которой соответствуют их размеру, что значительно увеличивает выход биомассы из единицы сырья - позволяет получить от 15% до 42% больше биомассы из единицы сырья по сравнению с однородным кормовым субстратом. Температурный режим выбран соответствующим циклам развития личинок. Субстрат является оптимальным по влажности. Отделение личинок мух рода Lucilia от переработанного ими субстрата в данном известном решении происходит с помощью специальных емкостей и сеток с размером ячеек от 2,5 мм до 7 мм в зависимости от размера личинки. Содержимое лотков высыпается на сетку, через которую личинки проникают в специальную емкость. В результате очистки образуется биомасса личинок мух рода Lucilia и переработанный личинками органический субстрат. Реализация данного решения, несмотря на его высокую эффективность и ценность, выявила низкую степень очистки личинок при недостаточном выходе биомассы личинок, связанный, в том числе, с используемым в нем способом отделения личинок от субстрата.

В известном способе отделения личинок мух рода Lucilia от субстрата используется метод самопокидания личинками субстрата на сетках. Сепарация осуществляется партиями. Одна партия субстрата - 30 кг.

1. Ручная загрузка субстрата на крупноячеистую сетку. Выдержка в течение 1 часа. Результат - личинки и мелкий субстрат попадают в емкость под сеткой.

2. Ручная загрузка предварительно отсепарированного субстрата на мелкоячеистую сетку. Выдержка 1 час. Результат - личинки и пылевой субстрат попадают в сборную емкость.

3. Ручное провеивание на наклонной сетчатой плоскости. Время провеивания партии - 0,25 часа. Результат - отсепарированные личинки. Степень загрязнения до 5% по массе.

Таким образом, по известному способу, одна технологическая партия субстрата (30 кг) сепарируется за 2,25 часа, т.е. производительность сепарации 13,3 кг/час. Кроме того, присутствует большое количество ручного труда и относительно низкое качество сепарации - много загрязнений.