способ утилизации пухо-перовой крошки методом компостирования

Формула изобретения

Способ утилизации пухо-перовой крошки, включающий щелочной гидролиз исходного сырья, отличающийся тем, что проводят компостирование с добавлением на 1 единицу массы исходного сырья пухо-перовой крошки 10 единиц массы почвы, влажность которой не превышает 18-20%, и 8 единиц массы бесподстилочного навоза или помета, проводят перемешивание с последующим проведением щелочного гидролиза путем добавления водного раствора негашеной извести в количестве 5% от массы сырья.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для утилизации пухо-перовой крошки методом компостирования, а также получения органического удобрения с высоким содержанием макро- и микроэлементов для повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур.

Известны способы утилизации пуха и пера птиц, основанные на их переработке с целью получения кормовой муки, то есть для применения в кормопроизводстве (Технология переработки продуктов птицеводства. / Под ред. проф. Третьякова Н.П., 1974. с.153-167; Третьяков Н.П., Бессарабов Б.Ф. Переработка продуктов птицеводства, 1985. С.214-220).

В нативном состоянии кератин пера (основной компонент ороговевшего вещества пера) не усваивается организмом сельскохозяйственных животных, поэтому его подвергают специальной обработке, цель которой разрушить компактную структуру кератиновой молекулы до получения полипептидов, пептидов и отдельных аминокислот (Никитин Б.И., Никитина Н.Б. Производство перо-пуховых изделий, 1985. С.5-19). Разрушение (гидролиз) кератина осуществляют, воздействуя на него растворами кислот и щелочей или обработкой в воде повышенной температуры при определенных условиях. Таким образом, используют кислотный, щелочной и водный гидролизы кератина пера. При кислотном и щелочном гидролизах необходимо дорогостоящее сырье: соляная и ортофосфорная кислоты, едкий натр. Использование водного гидролиза требует специального технического оборудования - вакуумного котла, дробилки. В смежных отраслях, например при переработке отходов мехового сырья, также применяется щелочной гидролиз получаемых отходов (а.с. № 1718774, Бюл. 10, 1992).

Все это в условиях мелких предприятий требует дополнительных экономических затрат и становится нерентабельным. Поэтому предприятия легкой промышленности по производству изделий из пуха и пера вынуждены свозить отходы на промышленные полигоны для захоронения, что нецелесообразно и экономически невыгодно. В большинстве случаев небольшие партии отходов сжигают, что является грубейшим нарушением экологического законодательства.

Утилизация отходов пуха методом компостирования общепринятым способом в полевых условиях, проведенная в нашем эксперименте, показала крайне слабую степень разложения пуха. Так, переслаивание общепринятым способом пуха, навоза и соломы приводит (после 12 месяцев компостирования) к получению компоста с очень неблагоприятными свойствами): получаются спрессованные слои компоста, представляющие собой слаборазложившиеся водонасыщенные пласты пуха с очень плохой структурой в агрономическом смысле, которые трудно поддаются транспортировке и погрузке, а также равномерному внесению на поля.

Технической задачей изобретения является упрощение способа утилизации пухо-перовой крошки методом компостирования в условиях мелких производств с целью получения органического удобрения с высоким содержанием макро- и микроэлементов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе утилизации пухо-перовой крошки, включающем щелочной гидролиз исходного сырья, проводят компостирование с добавлением на 1 единицу массы исходного сырья пухо-перовой крошки 10 единиц массы почвы, влажность которой не превышает 18-20%, и 8 единиц массы бесподстилочного навоза или помета, проводят перемешивание с последующим проведением щелочного гидролиза путем добавления водного раствора негашеной извести в количестве 5% от массы сырья.

Добавление почвы в отношении 1:10 позволяет равномерно распределить пухо-перовую крошку между почвенными агрегатами. При соотношении, меньшем чем 1:10, образуются комковатые скопления отходов. При влажности почвы больше 18-20% затрудняется процесс перемешивания отходов с почвой из-за слипания агрегатов. Кроме того, почвенные частицы поглощают высвобождающиеся в процессе компостирования соединения азота, предотвращая воздушные потери. Применение бесподстилочного навоза или помета необходимо для запуска процессов микробной ферментации.

Щелочной гидролиз пуха и пера приводит к разрушению кератина и освобождению белкового азота. Процесс разрушения органических отходов проходит в 2 этапа: аммонификации и нитрификации.

После первой недели компостирования пуха при оптимальных условиях температуры и увлажнения в лабораторных условиях наибольшее количество нитратного азота отмечалось на контрольном варианте (без извести). Вероятно, увеличение содержания щелочного реагента приводит к снижению активности нитрифицирующих микроорганизмов по сравнению с контрольным вариантом. Через 2 недели компостирования наибольшее содержание нитратного азота наблюдалось в варианте с добавлением 10% щелочного реагента (9,1 мг на 100 г пуха при содержании на контроле, то есть без извести 5,8 мг на 100 г). Это связано с тем, что в контрольном варианте происходит постепенное ослабление нитрификации в связи со слабым разложением органического материала и уменьшением источников нитрификации, в то время как щелочной гидролиз отходов приводит к пополнению этих источников в связи с постепенным разложением пуха. Однако при повышении концентрации щелочного реагента до 25% происходит снижение нитрификации до 4 мг/100 г отходов, что связано со стерилизацией микробной среды.

Наиболее оптимальным в экологическом отношении и обоснованным экономически явился вариант с добавлением 5% извести от массы пухо-перовых отходов.

Изучение динамики содержания биогенных элементов (C, N, P) в компостах, приготовленных на основе пухо-перовых отходов, показало (табл.1), что в данных органических компостах содержится большое количество азота (11-12,5%) при содержании его в навозе около 0,5%. Содержание общего фосфора также превышает его содержание в навозе и птичьем помете. Соотношение между углеродом и азотом составляет 3:1, что свидетельствует о том, что при разложении компост способен обогатить почву доступными формами азота. Компостирование в течение 3-х месяцев показывает отсутствие потерь углерода и азота.

В ходе исследований установлено, что элементный состав компоста является благоприятным для пополнения им органического вещества почвы. При компостировании данных отходов высвобождается большое количество щелочно-гидролизуемого азота, причем содержание его в 10-15 раз превышает содержание в черноземных почвах.

Таблица 1
Динамика содержания биогенных элементов (общие формы) в компостах, % (2006 г.)
Вид компоста	Экспозиция во времени	Биогенные элементы, %
Углерод, C	Азот, N	Фосфор, P 2O5
Аэробный	июль-август	35,5	11,0	0,12
август-сентябрь	33,2	11,4	0,11
сентябрь-октябрь	36,1	11,8	0,13
HCP05	0,6	0,8	0,1

Пример осуществления способа

Проводили опыт на серых лесных почвах на агробиостанции Курского государственного университета (г.Курск). Компосты были заложены в мае 2007 г. Отходы пуха перемешивались с почвой и мелиорантами и загружались в яму размером 2×2×0,6 м. Дно ямы устилали полиэтиленовой пленкой. Сверху яму прикрывали соломой.

Было заложено 8 вариантов компостов, и в качестве контроля исследовалась серая лесная почва (вариант 0).

1 вариант: на каждые 10 единиц массы почвы добавляли 1 единицу массы пуха (1)

2. (1) + 5% CaO (негашеная известь).

3. (1) + 8 единиц массы навоза.

4. (1) + 10% селитры.

5. (1) + 5% CaO + 8 единиц массы навоза.

6. (1) + 5% CaO + 10% селитры.

7. (1) + 8 единиц массы навоза + 10% селитры.

8. (1) + 8 единиц массы навоза + 10% селитры + 5% CaO.

CaO и селитра в % от массы пухо-перовой крошки.

После 5-месячного компостирования в октябре 2007 года были отобраны образцы компостов на анализ. В образцах были проведены следующие анализы: количество гумуса (по Тюрину), количество нитратов (по методу ЦИНАО), обменного аммония (по Методу ЦИНАО), подвижные формы фосфора и калия (по методу Чирикова), обменный кальций и обменный (подвижный) магний (методы ЦИНАО), величина pH, гидролитическая кислотность (по методу Каппена). Данные представлены в табл.2 и 3.

Таблица 2
Физико-химические свойства компостов
Номер варианта	Определяемый показатель
PH	Нг, мг-экв/100 г	гумус, %	N-NO3 мг/100 г	N-NH4 мг/100 г	Мщ. г. мг/100 г
0	6,8	1,14	4,01	1,06	0,28	7,79
1	5,6	3,60	3,16	8,18	0,24	8,90
2	5,4	4,51	3,99	14,44	0,72	14,06
3	5,9	3,51	5,12	42,91	0,94	22,96
4	4,8	7,28	3,90	23,32	2,11	16,50
5	6,2	1,95	4,06	11,51	0,53	15,64
6	6,0	3,06	3,50	7,65	0,39	12,05
7	5.4	4,77	4,27	15,51	0,87	16,07
8	5,6	4,40	4,11	26,49	0,80	17,08

Таблица 3
Содержание подвижных и обменных питательных элементов в компостах
Номер варианта	Подвижные мг/100 г, (по Чирикову)	Обменные, мг/100 г
P2O5	K2O	Ca	Mg
0	48,9	35,6	190,5	3,4
1	62,1	30,8	16,8	3,7
2	70,4	29,7	16,8	3,7
3	92,5	125,0	17,6	5,7
4	59,3	30,8	16,8	3,7
5	64,4	41,0	16,8	4,9
6	57,1	28,7	17,2	4,1
7	68,9	41,5	17.2	3,7
8	71,3	40,0	16,4	5,3

При добавлении минеральных компонентов удалось выявить, что применение извести плавно сдвигает реакцию среды в сторону подщелачивания, а в компостах с добавлением селитры компосты имеют кислую реакцию (табл.1). Следует отметить, что данный вид пухо-перового сырья при компостировании разлагается со значительным пополнением щелочно-гидролизуемого азота (в 2 раза больше, чем в контроле). Таким образом, при постепенном разложении пухо-перовой крошки почва будет обогащаться подвижными формами питательных элементов.

При компостировании пухо-перовых отходов высвобождается большое количество минеральных форм азота: нитратного (7,65-42,91 мг/100 г почвы) и аммонийного (0,24-2,11 мг/100 г почвы), причем наибольшее количество также характерно для варианта 3 (табл.2).

Внесение навоза существенно увеличивает процентное содержание гумуса. Количество гумуса в среднем больше на 0,38% по сравнению с контролем и на 0,39% в вариантах без добавления навоза.

Наиболее благоприятные свойства, в том числе по кислотности (все другие компосты вызвали подкисление по сравнению с исходной почвой), имел компост 5 варианта, который выделен нами как оптимальный и явился основой для разработки данного изобретения.

Таким образом, в результате использования предлагаемого способа решается основная задача - утилизация пухо-перовой крошки с минимальными затратами на техническое оборудование и использование дорогостоящих химических препаратов. Кроме того, получают органическое удобрение с высоким содержанием макро- и микроэлементов для повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур, в результате применения которого урожайность клубней картофеля повысилась на 40 ц/га, ячменя на 3 ц/га.