устройство и способ компостирования с использованием вермикультуры

Формула изобретения

1. Устройство для компостирования с использованием вермикультуры, содержащее корпус, расположенный горизонтально перфорированный элемент для размещения перерабатываемых отходов и вермикультуры и средство для размещения воды, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде цилиндрического сегмента, перфорированный элемент расположен на расстоянии 50-75% радиуса цилиндрического сегмента от его оси, средство для размещения воды представляет собой расположенную под перфорированным элементом часть цилиндрического сегмента, при этом устройство снабжено рамой, а корпус установлен на раме с возможностью его подъема на угол до 45°, снабжен в торцах заслонками для выгрузки из него содержимого и патрубками для ввода и вывода воды.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перфорированный элемент выполнен в виде сетки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус и перфорированный элемент выполнены из полимерного материала.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус и перфорированный элемент выполнены из невзаимодействующего с водой металла.

5. Способ компостирования с использованием вермикультуры, включающий помещение на перфорированном элементе подготовленного перерабатываемого материала с рН 6-8 и исходное количество червей, увлажнение внесенного материала до заданного значения влажности при выбранной температуре и проведение процесса вермикомпостирования, обеспечивая поддержание заданной температуры и влажности слоя перерабатываемого материала, отличающийся тем, что на находящийся в установке перфорированный элемент загружают слой перерабатываемого материала толщиной от 20 до 50% радиуса цилиндрического сегмента, представляющего собой корпус, заполняют нижнюю часть корпуса водой, доводят ее температуру с использованием нагревателей до 19-21°С и вносят червей в насыпной слой, в количестве от 50 до 400 особей на 1 м ³ перерабатываемого материала, и проводят процесс вермикомпостирования исходного материала, обеспечивая поддержание температуры 20-23°С и влажности слоя в диапазоне 60-85% в течение 1-3 месяцев, после чего выгружают готовый вермикомпост.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что дополнительно после выгрузки выделяют из вермикомпоста червей.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть выделенных из вермикомпоста червей повторно используют для переработки материала.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что при компостировании устройство сверху закрывают полимерным или текстильным материалом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к области переработки методом биокомпостирования отходов растениеводства, птицеводства и животноводства с использованием вермикультуры, и может быть использовано в фермерских хозяйствах, агропроизводствах, а также частных домовладениях для утилизации отходов, образующихся в результате жизнедеятельности людей и животных для получения обогащенных гумусом вермикомпостов или биогумусов.

Известно устройство получения биогумуса (ЕР, заявка 0326069, С 05 F 9/02, 1988). Известное устройство содержит бетонированную траншею и средство извлечения полученного биогумуса и вермикультуры из траншеи. В указанной бетонированной траншее установлена рама, на которой закреплен каркас с горизонтально расположенными перфорированными перегородками, верхняя из которых выполнена в форме перевернутого желоба. По всей системе разнесены средства аэрации и увлажнения перерабатываемого материала - сельскохозяйственных отходов. При использовании известного устройства на перфорированные перегородки насыпают перерабатываемый материал, увлажняют его и запускают на верхний слой материала исходное количество червей. Постепенно черви распространяются по всему объему перерабатываемого материала. В процессе переработки периодически проводят увлажнение и аэрацию перерабатываемого материала. После завершения процесса переработки червями материала из траншеи выгребают полученный биогумус вместе с червями с последующим отделением червей от биогумуса. Биогумус используют в растениеводстве, а червей частично используют для переработки следующей порции материала, а частично используют в качестве белкового корма.

Известные устройство и способ могут быть реализованы преимущественно в условиях крупнотоннажного производства сельскохозяйственных продуктов, причем использование больших количеств перерабатываемого материала приводит к неравномерности увлажнения и аэрации его, что ухудшает качество биогумуса и увеличивает время переработки.

Известно также устройство переработки навоза (Fr, заявка 2561869, А 01 К 67/033, 1986). Известное устройство содержит ящики, установленные штабелем. В ящиках размещают навоз, запускают в него червей, закрывают сверху бумагой или пластиком. В боковых поверхностях ящиков выполнены отверстия аэрации и увлажнения навоза. После полной переработки червями навоза ящики опоражняют, отделяют полученный биогумус от червей и используют биогумус в качестве удобрения, а червей частично для переработки следующих порций навоза, а частично - в качестве белкового корма.

Недостатком известного устройства следует признать сложность процессов увлажнения и аэрации в устройстве, поскольку увлажняется и аэрируется только часть навоза, прилегающая к отверстиям, а также их нерегулируемость, что приводит к низкой производительности устройства и трудоемкости проведения процесса в нем.

Известен также биогумусовый модуль (RU, патент 2013951, А 01 К 67/033, 1994). Указанный биогумусовый модуль содержит два цилиндра, установленных вертикально один над другим и разделенных плоским кольцом. В верхний цилиндр загружают перерабатываемый материал, подлежащий переработке вермикультурой, а из нижнего цилиндра через разгрузочный люк выгружают готовый вермикомпост, содержащий биогумус и червей. Увлажнение и аэрация не предусмотрены, что увеличивает время переработки, снижает производительность устройства и ухудшает качество биогумуса.

Известно также устройство получения биогумуса (RU, патент 2033049, А 01 К 67/033, 1995), содержащее установленные на стеллаже ящики, в основании которых выполнены отверстия, а боковые стенки расположены под тупым углом к основанию, при этом ящики расположены с возможностью изменения угла наклона относительно поверхности земли. Ящики заполняют смесью перерабатываемого материала (отходов производства сельскохозяйственной продукции) и червей и оставляют на время переработки, при этом принудительное увлажнение и аэрация не предусмотрены, что увеличивает время переработки и ухудшает качество биогумуса.

Известно устройство для получения биогумуса и вермикультуры (RU патент 2115640, С 06 F 3/06,1998), содержащее корпус с боковыми стенками и дном, имеющим сетчатую структуру, причем корпус имеет поддон с переливной трубкой и размещенной в ней подставкой, состоящей из вертикальных опор и перфорированной плиты, боковые стенки снабжены вертикальными ребрами с направляющими, а дно и дополнительные боковые стенки образованы тканевым мешком, вставленным в корпус.

При реализации известного устройства сырье для получения биогумуса помещают в тканевый мешок, вставляемый в корпус. Устройство помещают в теплое место, укрывают темной пленкой и оставляют на 120 дней, периодически поливая смесь водой в количестве, обеспечивающем перелив воды через переливную трубку. Одновременно поддерживают температуру воды в поддоне корпуса на 1-6°С выше температуры стенок корпуса, что обеспечивает постоянное увлажнение содержимого тканевого мешка парами воды. После оседания перерабатываемого материала на его поверхность загружают новый слой перерабатываемого сырья. После полной переработки сырья отделяют червей от полученного биогумуса.

Недостатком известного технического решения следует признать ограниченность его применения объемом мешка, а также необходимость периодической замены тканевого мешка из-за его износа, что увеличивает трудозатраты и снижает производительность устройства.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения можно признать устройство для переработки отходов с получением биогумуса и вермикультуры (RU, патент 2115639, С 05 F 3/06,1998). Известное устройство содержит более одного корпуса с сетчатым дном, боковыми стенками и крышкой, предназначенные для образования модуля на общей стойке. В нижней части каждого модуля расположены поддон, переливная трубка и подставка, состоящая из вертикальных опор и перфорированной плиты, боковые стенки корпуса снабжены вертикальными ребрами с направляющими, причем корпус имеет также наклонную стенку, перфорированную часть, задний выступ и опорные отливы, а крышка состоит из верхнего поддона с перфорированным дном, загрузочного конуса и подвесных отливов, при этом сетчатое дно корпуса выполнено в виде непрерывной ленты из ткани с боковыми утолщениями.

Известное устройство используют следующим образом. Червей-производителей в количестве 13-25 тысяч особей, выращенных отдельно, вместе с питательной средой (перерабатываемым отходом сельскохозяйственного производства) помещают на ленте на всю длину поддона и оставляют на сутки в покое. Затем питательную смесь вместе с червями поливают водой и снова оставляют в покое. Через сутки через загрузочный конус подают дополнительно питательную смесь. Снижение уровня питательной смеси в загрузочном конусе свидетельствует о начале работы червей-производителей. Начиная с этого момента, ленту периодически перемещают в сторону выгрузки. По мере переработки червями-производителями и, соответственно, перемещения ленты проводят подсыпку питательной среды на лету через загрузочный конус. Периодически в верхний поддон подливают воду для увлажнения смеси биогумуса, перерабатываемой смеси и червей. К зоне выгрузки из устройства подходит смесь, практически не содержащая червей, но содержащая значительное количество коконов и биогумус.

Недостатком известного технического решения следует признать его сложность, значительные трудозатраты на осуществление процесса, что приводит к увеличению себестоимости производства устройства.

Техническая задача, решаемая посредством предложенных устройства и способа, состоит в удешевлении процесса производства биогумуса и вермикультуры и повышении его производительности.

Технический результат, получаемый при их реализации, состоит в создании удобной при реализации установки для получения вермикомпоста при уменьшении расходов мелких и средних производителей сельскохозяйственной продукции на переработку сельскохозяйственных и бытовых отходов их производства в качественный биогумус.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство компостирования с использованием вермикультуры, содержащее корпус, перфорированный элемент, предназначенный для размещения перерабатываемого материала и вермикультуры и расположенный горизонтально, а также средство размещения воды, причем корпус выполнен в виде цилиндрического сегмента (цилиндрического желоба), перфорированный элемент расположен на расстоянии 75-50% радиуса цилиндрического сегмента от его оси, при этом в средстве размещения воды, представляющем часть корпуса под перфорированным элементом, дополнительно размещены теплообменные элементы, а над перфорированным элементом установлены датчики температуры и влажности, подключенные соответственно к средству управления работой указанных теплообменных элементов и к средству управления работой вентилятора, установленного над перфорированным элементом, корпус установлен на раме и имеет в торцах боковые заслонки для выгрузки содержимого из аппарата, а также патрубки для ввода и вывода жидкости из нижней части корпуса. Использование корпуса в форме цилиндрического желоба позволяет изготавливать указанный корпус из металлических или пластмассовых бочек или цистерн, а также труб большого диаметра, разрезая их вдоль горизонтальной оси, что сокращает расходы на комплектующие материалы. Использование в качестве средства размещения воды нижней части подобного корпуса позволяет, с одной стороны, исключить поддон как конструктивный элемент, что приводит к снижению расходов на изготовление устройства, а, с другой стороны, позволяет локализировать расположение воды в корпусе, что, в свою очередь, позволяет разместить там теплообменные устройства (средства подачи нагретой или охлажденной среды, ТЭНы и т.д.). Расположение перфорированного элемента в корпусе выбрано на основе опыта работы и обеспечивает, с одной стороны, получение оптимальной толщины слоя перерабатываемого материала, а, с другой стороны, помещение оптимального количества воды, гарантирующего и оптимальное увлажнение перерабатываемого материала, и его оптимальную температуру за счет изменения температуры воды, а также обеспечение возможности принудительной аэрации перерабатываемого материала при использовании вентилятора. Выполнение корпуса открытым позволяет упростить операцию равномерной загрузки исходного перерабатываемого материала в устройство, а выполнение в торцах боковых заслонок для выгрузки содержимого из аппарата позволяет облегчить операцию выгрузки вермикомпоста. В процессе компостирования предпочтительно открытую часть корпуса закрывают полимерной пленкой или тканым (брезент) или нетканым иглопробивным материалом, поскольку это позволяет облегчить поддержание температуры и влажности слоя перерабатываемого материала. Наличие патрубков для ввода свежей воды и вывода воды, с одной стороны, облегчает использование устройства, а также, с другой стороны, оздоровляет атмосферу места переработки за счет исключения запаха застоявшейся воды. Размещение корпуса в виде цилиндрического желоба на раме повышает устойчивость устройства в процессе эксплуатации. Выполнение перфорированного элемента в виде сетки является предпочтительным из-за доступности исходного материала, но перфорированный элемент может быть выполнен также в виде листа с выполненными любым способом отверстиями, не допускающими осыпания вниз частиц перерабатываемого материала. Для управления работой нагревателей и/или вентилятора предпочтительно использовать реле, управляемые либо таймерами, либо сигналами от соответствующих датчиков температуры и влажности, либо вручную. Также для управления работой нагревателей и/или вентилятора может быть использован микропроцессор, программное обеспечение которого позволяет включать и выключать работу теплообменных элементов, а также вентилятора, позволяющий контролировать и управлять работой нескольких подключенных к нему аналогичных устройств компостирования.

Преимущественно уровень воды в корпусе контролируют визуально, хотя может быть использовано и средство измерения уровня воды (датчик уровня жидкости любого типа) в нижней части корпуса, подключенное к сигнализатору или к исполнительному механизму (реле) подачи воды в корпус. В зависимости от условий производства, а также условий использования корпус и перфорированный элемент могут быть выполнены из полимерного материала, в частности полихлорвинила, или из не взаимодействующего с водой металла, например оцинкованной жести, но в последнем случае желательно изолировать внутреннюю поверхность корпуса от воды и перерабатываемого материала полимерной пленкой (предпочтительно, полиэтиленовой). Для облегчения выгрузки переработанного материала, представляющего собой вермикомпост, желательно, чтобы корпус аппарата был расположен на раме горизонтально и закреплен на ней с возможностью его подъема на угол до 45%.

Достижение, указанного технического результата обеспечивается также использованием способа компостирования с использованием вермикультуры. Согласно предлагаемому способу на находящийся в установке перфорированный элемент загружают слой перерабатываемого материала с рН 6-8 и толщиной от 20 до 50% радиуса цилиндрического сегмента, представляющего собой корпус, заполняют нижнюю часть корпуса водой, доводят ее температуру с использованием теплообменных элементов до величины 19-21°С и вносят червей в насыпной слой в количестве от 50 до 400 особей на 1 м³ перерабатываемого материала, проводят процесс вермикомпостирования исходного материала, обеспечивая поддержание температуры 20-23°С и влажности слоя в диапазоне 60-85% в течение 1-3 месяцев, после чего выгружают готовый вермикомпост. Обычно после выгрузки выделяют из вермикомпоста червей, причем по меньшей мере, часть выделенных из вермикопоста червей повторно используют для переработки материала, а оставшуюся часть используют в качестве белковой кормовой добавки. При реализации способа обычно перерабатывают предварительно подготовленные растительные отходы, навоз, пищевые отходы, сапропель, торф или их смеси, а также компосты. В процессе компостирования предпочтительно открытую часть корпуса закрывают полимерной пленкой или тканым (брезент) или нетканым иглопробивным материалом для поддержания указанных значений температуры и влажности в перерабатываемом слое.

Указанная толщина перерабатываемого материала, как следует из экспериментальных данных заявителя, оптимальна, чтобы, используя предложенную конструкцию устройства при указанной плотности червей, а также указанных условиях увлажнения и аэрирования, получить минимальное время переработки перерабатываемого материала. Это позволяет более интенсивно использовать устройство, что повышает его производительность, снижает себестоимость переработки отходов и получения вермикомпоста.

Отсутствие в процессе получения вермикомпоста (смеси биогумуса, червей и коконов) вспомогательных операций, кроме подготовки исходного материала и червей, а также выгрузки готового продукта, позволяет уменьшить расходы на эксплуатацию устройства.

На чертеже приведен вид предложенного устройства, при этом использованы следующие обозначения: корпус 1, рама 2, перфорированный элемент 3, нагреватели 4, боковая заслонка 5, патрубки 6, 7 ввода/вывода воды.

При изготовлении предложенного устройства в базовом варианте обычно используют либо полимерные или металлические трубы большого диаметра, либо листовой полимерный или металлический материал. Применение бочек или цистерн в качестве комплектующих для изготовления предложенного устройства возможно для небольших индивидуальных хозяйств, а применение труб большого диаметра длиной 10 м и более в качестве комплектующих предпочтительно для агроферм, при этом следует отметить, что возможен вариант использования нескольких подобных параллельно работающих устройств, объединенных в одну высокопроизводительную линию с общим управлением процессом биокомпостирования и работающую практически в непрерывном процессе по выпуску готового вермикомпоста.

В процессе изготовления устройства либо разрезают трубу, бочку или цистерну, либо сгибают лист с получением цилиндрического желоба, используя известные технические приспособления и приемы. Из металлического уголка, или металлических труб, или деревянных брусьев изготавливают раму для размещения полученного корпуса. К торцевым поверхностям корпуса любым известным образом прикрепляют с возможностью перемещения боковые заслонки. В нижней части корпуса с зазором относительно корпуса устанавливают теплообменные элементы таким образом, чтобы при работе устройства они были постоянно погружены в воду. В качестве теплообменных элементов наиболее целесообразно использовать трубопроводы подачи горячей и холодной воды, поскольку они позволят как нагревать воду, так и охлаждать ее при необходимости. Укрепляют в торцевых заслонках или в корпусе патрубки подачи и/или слива воды. В корпусе горизонтально укрепляют перфорированный элемент на расстоянии 75-50% радиуса цилиндрического сегмента от оси цилиндрического сегмента или на расстоянии 25-50% указанного радиуса от дна корпуса, предпочтительно с возможностью последующего удаления после извлечения очередной порции переработанного материала. Над перфорированным элементом жестко закрепляют датчики температуры и влажности таким образом, чтобы они находились преимущественно на середине высоты насыпного слоя перерабатываемого материала, и подключают их к используемым элементам управления. В верхней части корпуса заведомо выше слоя перерабатываемого материала устанавливают вентилятор, обеспечивая направление потока нагнетаемого им воздуха вдоль перфорированного элемента и подключая его к используемому элементу управления. Устройство готово к эксплуатации.

В базовом варианте изготовленное устройство используют следующим образом.

Предварительно смешивают исходный перерабатываемый материал, например смесь навоза/помета с торфом, сапропелем и целлюлозосодержащими материалами (солома, опилки) или предварительно прокомпостированными животноводческими отходами. Полученную смесь измельчают, доводят известными способами величину рН до значений 6,0-8,0, а затем с использованием погрузчика помещают в устройство и равномерно распределяют на перфорированном элементе, обеспечивая высоту слоя примерно 40% радиуса цилиндрического желоба, представляющего собой корпус. Заполняют нижнюю часть корпуса водой, доводят ее температуру с использованием теплообмениого элемента до 19-21°С и влажность перерабатываемого материала с использованием вентилятора до величины 70-80%, а затем вносят вермикультуру из расчета от 50 до 400 особей на 1 м³ перерабатываемого материала. При этом можно использовать, например, Eisenia foetida (красный калифорнийский червь), Aporrectodea caliginosa, Lumbricus terrestris и др. Проводят процесс вермикомпостирования исходного материала, обеспечивая поддержание оптимальной температуры в диапазоне 20-23°С и влажности слоя перерабатываемого материала в диапазоне 65-80% в течение 1-3 месяцев, после чего выгружают готовый вермикомпост. После выгрузки выделяют из вермикомпоста червей, которых частично используют для переработки следующей партии перерабатываемого материала, а частично - в качестве белкового корма. В процессе переработки, особенно если устройство размещено на открытом воздухе, желательно закрывать сверху перерабатываемый слой полимерным (в частности, полиэтиленовой пленкой) или текстильным (брезентом или нетканым иглопробивным полотном) материалом. Это позволит не только облегчить поддержание оптимальных условий компостирования в слое перерабатываемого материала, но и предохранит вермикультуру от действия прямых солнечных лучей.

В предпочтительном варианте выполнения способ реализуют следующим образом.

На перфорированный элемент насыпают смесь измельченных коровяка, морковной ботвы и пищевых бытовых отходов с рН 7,2, причем толщина слоя смеси на перфорированном элементе составляет 35% от радиуса цилиндрического желоба, представляющего собой корпус устройства. Размещают в слое смеси датчики температуры и влажности, подключенные к микропроцессору управления нагревателями и вентилятором. Заполняют нижнюю часть корпуса водой, покрывая нагреватели слоем воды 0,1 м, доводят ее температуру с использованием электронагревателя до 20°С и вносят червей вида Eisenia foetida в насыпной слой, обеспечивая плотность примерно 100 особей на 1 м³ перерабатываемой смеси. Закрывают сверху цилиндрический желоб (сегмент) со слоем перерабатываемого материала и вермикультурой брезентом.

После достижения содержания влаги в перерабатываемом слое 72% вентилятор отключают. Периодически по сигналам, поступающим от датчиков, включают в работу теплообмеиные элементы (нагреватели) и вентилятор, обеспечивая в процессе компостирования поддержание температуры примерно 22°С и влажность примерно 75% При уменьшении количества воды в корпусе ее периодически подливают. Через 84 дня убирают одну из боковых заслонок, приподнимают противоположный край корпуса примерно на угол 40° и сгребают полученный вермикомпост, представляющий собой смесь биогумуса, червей и коконов. Разделяют полученный вермикомпост на составляющие. Биогумус смешивают с минеральными удобрениями и используют в качестве среды выращивания растений. Часть червей и, возможно, коконы используют для переработки следующей партии перерабатываемого материала, а оставшихся червей используют в качестве белкового корма.

Внедрение предложенного изобретения позволяет уменьшить расходы на переработку отходов производства мелкими и средними товаропроизводителями на 22-26%, получив при этом высококачественный гумус для внесения в почву с целью повышения плодородия, а также получить высококачественный белковый корм для сельскохозяйственных животных и птиц.