Способ утилизации органических отходов

(51)7 09 3/00, 02 3/32 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(76) Пак Сергей Павлович Денисов Аркадий Алексеевич Казаков Вадим Михайлович Пак Сергей Сергеевич(56) Колтыпин Ю.А. и др. Культивирование комнатной мухи (.) в полупроизводствнных условиях с целью утилизации свиного навоза // Бюл. научных работ ВИЖ. М. ВИНТИ, вып. 44, с. 32-39(54) СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ(57) Изобретение относится к экологии, в частности,к утилизации органических отходов, и может быть использовано при переработке отходов животноводческих комплексов, предприятий мясомолочной,пищевой и иной отходообразующей отрасли. Повышение эффективности способа за счет осуществления полной утилизации разнофазных органических отходов, а также адаптация способа к кон кретным индивидуальным особенностям утилизируемой среды - компонентному и количественному составу жидких и твердых органических отходов достигается тем, что утилизируемые органические отходы делят на жидкую и твердую фракции. Жидкую фракцию смешивают с активным илом, производят аэрацию и отстаивание полученной смеси с отделением очищенной воды от ила, при этом биоценоз активного ила формируют индивидуально за счет культивирования и осеменения ила выбранными из банка штаммов различными штаммами микроорганизмов. Для утилизации твердой фракции засевают яйцами мух утилизируемые органические отходы, поддерживают оптимальные условия для развития личинок и отделяют последние по истечении цикла их развития от полученного биогумуса,при этом засев яйцами различных видов мух производят в количестве, соответствующем предварительно определенному компонентно-количественному составу загрязнений в твердой фракции утилизируемых органических отходов. 10426 Изобретение относится к экологии, в частности, к утилизации органических отходов, и может быть использовано при переработке отходов животноводческих комплексов, предприятий мясомолочной,пищевой и иной отходообразующей отрасли. Утилизацией отдельных видов органических отходов занимались в разное время во многих организациях. Утилизация (очистка) жидких органических отходов (сточных вод) описана в патентной заявке Японии 61-99798, кл. С 02 3/30, 1986, в а. с. СССР 1825484, кл. С 02 3/02, 1990 и других. Переработка твердых органических отходов личинками комнатных мух описана в работах (, МКИ 5 у. 1973, . 2,3, . 329333) Колтыпин Ю.А. и др. Культивирование комнатной мухи (.) в полупроизводственных условиях с целью утилизации свиного навоза Бюллетень научных работ ВИЖ. М. ВИНИТИ,вып. 44, с. 32-39). Производство стимуляторов роста и развития растений из гумусосодержащих веществ описано в(Городний Н.Е. Биоконверсия органических отходов и применение биогумуса в сельском хозяйстве // Международный агропромышленный журнал, 1991, 5, с. 98-99 а. с. СССР 220278, С 05 11/02,1966). Из всей совокупности известных решений наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ утилизации органических отходов (Колтыпин Ю.А. и др. Культивирование комнатной мухи (.) в полупроизводственных условиях с целью утилизации свиного навоза Бюллетень научных работ ВИЖ. М. ВИНИТИ, вып. 44, с. 32-39). Известный способ включает культивирование мух, сбор отложенных ими яиц, засев яйцами мух утилизируемых органических отходов, поддержание оптимальных для развития личинок термовлажностных условий и отделение личинок по истечении цикла их развития от полученного биогумуса. Данный способ принят в качестве прототипа к предлагаемому. Известный способ имеет недостатки. Во-первых,он не обеспечивает полной утилизации органических отходов. Как известно, значительную долю утилизируемых органических отходов составляет жидкая фракция (сточные воды), имеющая к тому же различную степень загрязненности, характеризуемую количественными и качественными показателями. Во-вторых, осуществляя утилизацию лишь твердой фазы органических отходов, известный способ неэффективен на практике из-за избирательного отношения комнатных мух к корму - к отличающейся чрезвычайным разнообразием по своему компонентному составу твердой фазе органических отходов, что приводит к неполной ее утилизации. Эти недостатки делают известный способ неэффективным на практике и неперспективным. 2 Задача изобретения заключается в разработке более эффективного способа за счет осуществления полной утилизации разнофазных органических отходов, а также адаптации способа к конкретным индивидуальным особенностям утилизируемой среды - компонентному и количественному составу жидких и твердых органических отходов. В предложенном способе утилизации органических отходов, включающем предварительное культивирование мух и сбор отложенных ими яиц, засев яйцами мух утилизируемых органических отходов,поддержание оптимальных для развития личинок термовлажностных условий и отделение личинок по истечении цикла их развития от полученного биогумуса, предварительно разделяют утилизируемые органические отходы на жидкую и твердую фракции, смешивают жидкую фракцию с активным илом, производят аэрацию и отстаивание полученной смеси с отделением очищенной воды от ила,одновременно культивируют несколько различающихся предпочтением к отдельным кормам видов мух, производят сбор отложенных ими яиц и засев яйцами различных мух твердой фракции утилизируемых органических отходов, готовят водную смесь биогумуса, отстаивают ее, выделяя из нее жидкую бактериальную суспензию, осуществляют щелочную экстракцию твердого осадка, нейтрализуют раствором кислоты полученный щелочной осадок, смешивают последний с бактериальной суспензией, отстаивают полученную таким образом смесь,выделяя из нее надосадочную жидкость, при этом биоценоз активного ила формируют индивидуально за счет культивирования и осеменения ила выбранными из банка штаммов различными штаммами микроорганизмов, осеменение ила различными штаммами микроорганизмов производят в количестве, соответствующем предварительно определенному компонентно-количественному составу загрязнений в жидкой фракции утилизируемых органических отходов, а засев яйцами различных видов мух твердой фракции утилизируемых органических отходов производят в количестве, соответствующем предварительно определенному компонентноколичественному составу загрязнений в твердой фракции утилизируемых органических отходов. Установлено, что значительную долю отходов животноводческих комплексов и мясомолочных комбинатов составляет жидкая фракция - сточные воды. Очистка сточных вод усугубляется значительными колебаниями загрязнений - их составом, количественным составом тех или иных компонентов,изменением соотношения концентраций тех или иных компонентов и другими причинами. Из всех способов очистки сточных вод наиболее перспективными являются способы биологической очистки, включающие в себя перемешивание утилизируемых сточных вод с активным илом, аэрацию полученной смеси, культивирование микроорганизмов в режиме старвации активного ила, отстаивание и отделение очищенной воды от активного ила (на 10426 пример, заявка Японии 61-99798, кл. С 02 3/30,1986, в а. с. СССР 1825484, кл. 02 3/02, 1990 и другие). Лежащий в основе этих способов биоценоз активного ила представляет собой консорциум повсеместно присутствующих в естественной природной среде (почве, воздухе, водоемах и других) микроорганизмов, таких, как , , , , , ,и других. Последовательно, цикл за циклом, реализуются непрерывно повторяющиеся периоды жизнедеятельности микроорганизмов активного ила. Это происходит в режиме достаточного питания микроорганизмов (достаточного количества органических загрязнений в сточной воде) до наступления режима старвации микроорганизмов - отсутствия в аэрируемой среде свободных питательных веществ - загрязнений. Однако известные способы не позволяют осуществить управляемое развитие внесенных штаммов различного вида микроорганизмов и установить оптимальное соотношение концентраций между ними,то есть не позволяют адаптировать способ к конкретной сточной воде, к составу ее загрязнений, их количеству и качеству. В предлагаемом же способе активный ил адаптируют к конкретному составу сточных вод, то есть биоценоз активного ила формируют индивидуально за счет культивирования и осеменения ила выбранными из банка штаммов различными штаммами микроорганизмов, при этом осеменение ила различными штаммами микроорганизмов производят в количестве, соответствующем предварительно определенному компонентно-количественному составу загрязнений в жидких утилизируемых органических отходах (сточных водах). За счет внесения штаммов микроорганизмов в нужном количестве и требуемого вида процесс адаптации биоценоза ускоряется в несколько раз. Твердые органические отходы характеризуются чрезвычайным разнообразием своего вещественного состава. Вместе с тем энтомологическими исследованиями (например, Зимин Л.С. Семейство . Настоящие мухи (трибы , ). Фауна СССР. Двукрылые. М.-Л. 1951, т. ,вып. 4, с. 285 и другими) установлено, что отдельные виды синантропных мух, используемых для получения биогумуса, отличаются предпочтением к различньм видам корма. К ним относятся, например копрофаги -., некрофаги -., фитофаги -. гематофаги - , , . Поэтому в соответствии с предлагаемым способом в инсектарии культивируют несколько различающихся предпочтением к отдельным кормам видов мух, а при засеве яйцами различных видов мух твердой фракции утилизируемых органических отходов выдерживают количественные пропорции,соответствующие предварительно определенному компонентно-количественному составу загрязнений в твердой фракции отходов. Перспективным является получение жидкого биостимулятора роста и развития растений из гумусосодержащего сырья, однако при использовании известных способов низок выход готового целевого продукта, что снижает эффективность способов. В предлагаемом же способе производства стимуляторов роста и развития растений обеспечивается значительное увеличение готового целевого продукта. Кроме того, выщелачивание питательных и биологически активных веществ из биогумуса является третьим, технологически связанным с двумя предыдущими, технологическим переделом, что обеспечивает полную утилизацию любых (твердых и жидких) органических отходов. Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Смешанные органические отходы животноводческих комплексов и мясомолочных комбинатов при поступлении в технологический процесс комплексной переработки разделяют на твердую и жидкую фракции. Жидкую фракцию - сточные воды направляют в емкости, в которых находится активный ил. Некоторое время смесь перемешивают, не аэрируя. При этом аэробные микроорганизмы активного ила начинают усваивать кислород, связанный в различных соединениях, которые в результате этого разлагаются. Затем смесь сточной воды с активным илом аэрируют. В процессе аэрации в присутствии растворенного кислорода происходит усвоение загрязнений сточной воды. Здесь имеют место процессы окисления, разложения соединений и прочие. При отсутствии и недостаточности питания, когда остаются только трудно усваиваемые и разлагаемые соединения, в биосинтезе активного ила начинаются процессы избирательного лизиса, когда микроорганизмы одного вида начинают ингибировать микроорганизмы других видов. При аэрации смеси ила с объединенной водой возникают процессы селекции микроорганизмов - выживания сильнейшего. В биоценозе активного ила происходит как межвидовая,так и внутривидовая борьба за существование и выживание микроорганизмов. Ответная реакция микроорганизмов на отсутствие питания приводит к интенсивному флокулообразованию, то есть способствует значительному улучшению одного из основных показателей очистки - осаждаемости активного ила. Под действием избирательного лизиса в процессе аэрации смеси происходит уменьшение биомассы активного ила, которая в конце достигает уровня, имеющегося на начало процесса. После этого аэрацию прекращают и происходит естественное отстаивание активного ила. По завершении процесса отстаивания надосадочную очищенную воду сливают, а весь активный ил отстаивают в емкостях. В 3 10426 результате избирательного лизиса при отсутствии питания происходит изменение состава биоценоза активного ила, и при возобновлении поступления питания адаптация биоценоза естественным путем занимал бы несколько месяцев, как это имеет место в известных способах. В предлагаемом же при возобновлении питания или изменении его состава определяют вещественный состав загрязнений новых сточных вод. Расконсервируют штаммы микроорганизмов активного ила из банка штаммов и вносят исходные рабочие штаммы в ил пропорционально количеству предварительно определенных компонентов загрязнений в очищаемой сточной воде. Весь активный ил находится в циркуляционном режиме и из очистных сооружений не выводится. При этом для всех видов микроорганизмов устанавливаются равные внешние условия развития и жизнедеятельности. Функционирование биоценоза активного ила в течение одного цикла очистки представляет собой последовательно реализуемые процессы интенсивного развития конкретного вида микроорганизмов при наступлении для них благоприятных условий наличия питательных веществ-загрязнений, усвоение данного типа питательных веществ до их полного исчезновения в сточной воде, потеря микроорганизмами своей активности, осуществление жизнедеятельности в режиме старвации и, наконец, ингибирование данного вида микроорганизмов микроорганизмами другого вида (поедание хищником жертвы), для которых в текущий момент возникли благоприятные условия развития. Таким образом, в соответствии с предлагаемым способом при формировании биоценоза и его функционировании активный ил адаптируется к конкретному составу сточных вод. В сообществе же микроорганизмов остаются только те виды, которые в течение одного цикла хотя бы один раз претерпевают фазу интенсивного развития. Возобновление действия очистных сооружений после временного прекращения подачи сточных вод или имеющее место непрерывное изменение качественного или количественного состава загрязнений требует новой адаптации биоценоза. В соответствии с предлагаемым способом, за счет внесения штаммов микроорганизмов в нужном соотношении, процесс адаптации биоценоза сокращается до 0,5 месяца, в отличие от срока в 2 месяца по известным способам. В очищаемой по предлагаемому способу воде после обеззараживания ее барботированием озона не содержалось патогенной флоры. Твердую фракцию из жидких отходов объединяют с поступающими на утилизацию твердыми органическими отходами. Полученное сырье классифицируют по крупности, крупные фракции доизмельчают, объединяют с мелкими и загружают в бункеры-питатели, после чего исходное сырье из бункеров-питателей загружают на ряды ленточных транспортеров слоем в 78 см и засеивают полученными 4 в инсектариях яйцами мух. При этом яйца копрофагов, некрофагов, фитофагов, гематофагов берут в соотношении, пропорциональном предварительно определенному компонентно-количественному составу субстрата. Определение компонентно-количественного состава загрязнений производят ежедневно, при засеве яйцами мух соблюдают обобщенную норму высева 0,3 г/кг, поддерживая при этом оптимальные для развития личинок термовлажностные условия, а именно температуру 2530 С, влажность - 8095 . Конструкцию транспортера выполняют таким образом, что полный оборот лента транспортера совершает за 5 суток, равный периоду развития личинок от яиц до предкуколок. На пятые сутки с концов транспортера разгружают массу переработанного личинками субстрата-биогумуса и личинок. Личинки отделяют от биогумуса воздушным сепарированием и комплектом сит. Выход биомассы живых личинок составляет до 15 от исходного сырья. Отделенных личинок высушивают при температуре 120150 С и перемалывают, а из полученного биогумуса производят в дальнейшем биостимулятор роста и развития растений, для чего биогумус загружают в емкость, замачивают водой и перемешивают. При этом замачивание производят при температуре 3035 С, что соответствует оптимальным условиям роста биомассы микробиогрибного сообщества в водной суспензии и способствует сохранению нативности некоторых лабильных физиологически активных веществ. Объемное отношение твердое-вода поддерживается в диапазоне от 13 до 15, что также обеспечивает максимальную эффективность получения бактериальной суспензии. При перемешивании водной смеси биогумуса происходит извлечение из него водорастворимых веществ, содержащих питательные микро- и макроэлементы, фитогормоны и другие биологически активные вещества, благотворно влияющие на физиологические процессы в растениях, - биостимуляторы роста и развития растений. Одновременно при перемешивании замоченной смеси в водную суспензию переходят споры бактериально-микробного сообщества. Прирост биомассы этих микроорганизмов продолжается и в дальнейшем в процессе выстаивания бактериальной суспензии. Обогащение водной суспензии почвенными микроорганизмами способствует повышению качества конечного целевого продукта-биостимулятора роста и развития растений. Водную смесь отстаивают в течение примерно 30 мин. За это время происходит разделение смеси на жидкую фракцию и осадок. Полученную жидкую фракцию - бактериальную суспензию сливают, а оставшийся осадок подвергают щелочной экстракции, для чего в емкость с осадком вносят предварительно рассчитанную дозу сухой щелочи и заливают водой при температуре 2050 С до получения конечной концентрации щелочи в реакционной смеси 0,11,0 н. 10426 Недостаточную жидкость - щелочной экстракт сливают, нейтрализуют раствором кислоты, после чего смешивают с ранее полученной бактериальной суспензией. Полученную смесь экстракта с бактериальной суспензией перемешивают, отстаивают, при этом надосадочная жидкость представляет собой жидкий целевой продукт - биостимулятор роста и развития растений. Для повышения качества целевого продукта оставшийся после отделения жидкого экстракта осадок заливают водой, имеющей температуру 3050 С, в объеме, равном объему используемого для экстракции раствора щелочи. Полученную таким образом смесь перемешивают и отстаивают. Надосадочную жидкость - промывочную суспензию смешивают с ранее выделенным щелочным экстрактом. Эту процедуру повторяют не менее двух раз. Нейтрализации подвергают смесь щелочного экстракта с промывочными суспензиями перед смешиванием с бактериальной суспензией либо конечную смесь щелочного экстракта, промывочных суспензий и бактериальной суспензии. Для щелочной экстракции применимы едкий калий, едкий литий, едкий натрий или водный раствор аммиака. При обработке осадка этими щелочными растворами происходит образование водорастворимых солей гуматов, при этом оптимальное объемное соотношение долей осадка и щелочного раствора составляет от 110 до 120 в зависимости от влажности осадка. Отстаивание смеси щелочного раствора с осадком производят в течение 30 мин. Нейтрализацию щелочного экстракта, его смеси с промывочными суспензиями или конечной смеси экстракта, промывочных суспензий и бактериальной суспензии производят до значений рН 7,08,0. При этих значениях рН обеспечиваются благоприятные условия сохранения нативности биологически активных веществ и жизнеспособности спор почвенной микрофлоры в готовом целевом препарате. Нейтрализацию можно производить и с помощью неорганических кислот, при этом предпочтительной является азотная кислота, так как при ее применении образуются селитры, полезные в качестве питательных веществ для растений. Для нейтрализации могут быть использованы и органические кислоты - щавелевая, яблочная, лимонная, янтарная и другие, при этом предпочтительны лимонная кислота, т. к. придает целевому продукту высокое качество за счет образования при нейтрализации хелатных соединений с питательными макро- и микроэлементами, и янтарная кислота,значительно усиливающая ростовые свойства препарата. Отстаивание смеси нейтрализованного экстракта(нейтрализованной смеси экстракта с промывочными суспензиями) с бактериальной суспензией производят в течение 1012 час., что по времени достаточно для эффективного разделения смеси и выделения целевого продукта - биостимулятора роста и развития растений. Оставшийся после экстрагирования твердый продукт представляет собой полноценное органическое удобрение. Таким образом, предложенный способ и разработанная на его базе технология и оборудование позволяют полностью утилизировать органические отходы, решить экологические проблемы отходообразующих предприятий - животноводческих комплексов, мясомолочных и иных комбинатов, а также обеспечить предприятия сельского хозяйства и животноводства ценным сырьем - органическими удобрениями, биостимуляторами роста и развития растений и другими. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ утилизации органических отходов, отличающийся тем, что предварительно разделяют утилизируемые органические отходы на жидкую и твердую фракции, смешивают жидкую фракцию с активным илом, проводят аэрацию и отстаивание полученной смеси с отделением очищенной воды от ила, засевают яйцами мух, различающихся предпочтением к отдельным кормам, твердой фракции утилизируемых органических отходов, осуществляют щелочную экстракцию твердой фракции, нейтрализуют раствором кислоты полученный щелочной осадок, смешивают последний с бактериальной суспензией, полученной из биогумуса, отстаивают смесь, выделяя из нее надосадочную жидкость.