CC BY
314
УДК 631.879.42: 631.22.018
К ВОПРОСУ СООТНОШЕНИЯ УГЛЕРОДА К АЗОТУ В КОМПОСТНОЙ СМЕСИ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ
A.А. Седых, аспирант
Мичуринский государственный аграрный университет E-mail: [email protected]
B.В. Миронов, доктор технических наук, главный научный сотрудник Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mail: [email protected]
Аннотация. Используемые при содержании скота углеродосодержащие компоненты в значительной степени влияют на качество навоза, оптимизация процесса компостирования которого может быть обеспечена реализацией таких параметров, как влажность компостируемых смесей и соотношение С/N, которые должны находиться в пределах 50-60% и 25-30 соответственно. Любые отклонения от их оптимальных значений, в том числе при проведении экспериментальных исследований, должны быть обоснованы, например, производственной необходимостью и др. В то же время необходимо оценить, как могут повлиять эти отклонения на интенсивность протекания микробиологических процессов при компостировании, а также на качество компоста. С целью проведения экспериментальных исследований процесса приготовления компоста из навоза крупного рогатого скота и соломы в условиях фермы молочного направления АО учхоз-племзавод «Комсомолец» в качестве сырья были приняты отходы, получаемые в процессе производства продукции животноводства: навоз крупного рогатого скота влажностью 78-81% и пшеничная солома влажностью 17-20% с размером частиц 10-15мм. По результатам исследований установлено, что в условиях базового хозяйства эксперименты по ускоренному компостированию целесообразно проводить при указанных значениях влажности, что в соотношении соломы к навозу как 1:2 по массе будет давать смесь с оптимальными для компостирования характеристиками: влажность около 60%, плотность 686,1 кг/м3 и рН 7,9. При этом соотношение С/Ы=37 будет выше оптимального, что, возможно, увеличит период разложения органического вещества без ухудшения качества компоста. Ключевые слова: соломанавоз, параметры смеси, ускоренное компостирование, оптимальное соотношение.
Влажность компостных смесей и соотношение углерода к азоту являются важными технологическими параметрами для компостирования. Выбор значений параметров, в том числе для проведения экспериментальных исследований, отличающихся от оптимальных, должен быть обоснован, например, производственной необходимостью, отсутствием углеродосодержащих, влагопогло-щающих компонентов, значительным увеличением себестоимости готового компоста и др. В то же время необходимо четко представлять, какое влияние будет оказано на качество протекания биодеградации органического вещества при параметрах процесса, отличных от оптимальных. Важной характеристикой отходов животноводства является соотношение С/Ы.
Используемые углеродосодержащие компоненты при содержании скота влияют на качество навоза. В опилках это соотношение находится на уровне 35-40, а при использовании соломы злаковых культур достигает еще больших значений. Более низкое содержание углерода в торфе. При этом решающей оценкой навоза является не общее количество углерода и азота, а наличие легкоразлагающихся углерод- и азотсодержащих веществ, используемых микроорганизмами [1].
По мнению ученых-микробиологов (Ем-цев, Мишустин, 2005) оптимизация процесса компостирования может быть обеспечена реализацией следующих параметров [2]:
- соотношение С/И в субстрате - от 25:1 до 30:1;
- свободный объем - около 30%;
- размер частиц - 12,5 мм для систем с перемешиванием принудительной аэрацией, 50 мм для компостных рядов в случае естественной аэрации;
- влажность - 50-60%;
- аэрация - 0,6-0,8 м воздуха в сутки на
1 кг летучей части твердых веществ или поддержание концентрации О2 в пределах 1018%;
- температура - 55°С;
- перемешивание - без перемешивания, при периодическом переворачивании в простых системах и короткие периоды энергичного перемешивания в механизированных системах;
- размеры кучи - длина любая, высота 1,5 м и ширина 2,5 м для куч и компостных рядов с естественной аэрацией. В случае принудительной аэрации размеры кучи должны препятствовать перегреву. Задача состоит в том, чтобы реализовать набор этих параметров в виде недорогих, но надежных систем для компостирования. Сложность оборудования и степень приближения к рекомендуемым значениям основных параметров сильно меняются от простых куч до сложных механических установок.
С целью проведения экспериментальных исследований процесса приготовления компоста из навоза крупного рогатого скота и соломы в условиях фермы молочного направления АО учхоз-племзавод «Комсомолец» (г. Мичуринск Тамбовской области), была разработана следующая методика подготовки компостных смесей.
Скот содержится на привязи с уборкой навоза скребковыми транспортерами и дальнейшим складированием навоза на бетонной площадке. В качестве подстилки применяются опилки хвойных пород деревьев в количестве 1-3 кг на голову в сутки.
Сырьем для производства компоста послужили следующие компоненты:
- навоз КРС влажностью 78-81%;
- солома пшеничная влажностью 17-20%, размер частиц 10-15 мм.
Для исследований выбрано среднее значение влажности - 60%, тогда количество влагопоглощающего материала (измельчен-
ной соломы), используемого для приготовления компостной смеси, рассчитали по следующей формуле:
Мс=Мн^н-£КС , (1)
С Н ^КС-^С ' 4 '
где МС и МН - соответственно, количество соломы (влагопоглощающего материала) и навоза, тонн; ЖН ЖКС, ^с - соответственно, влажность навоза, компостной смеси и соломы (влагопоглощающего материала), %.
Таким образом, одну часть соломы влажностью 17-20% смешивали с двумя частями навоза влажностью 78-81%, в результате получали компостную смесь влажностью 5962%, т.е. близкой к оптимальному значению для компостирования. Соотношение соломы к навозу составило 1:2 по массе. Агрохимические анализы компонентов компостной смеси проводились по известным методикам [3-5]. Результаты сведены в таблицу 1.
Таблица 1. К расчету С^ в исходной смеси
Компоненты смесей Среднее значение W, % Сухое вещество, %
Азот ОТ, % Фосфор (Р205), % Калий (К2О), % Углерод, % С/Ы
Навоз КРС 80 1,74 0,18 0,59 30 17
Солома пшеничная 20 0,5 0,25 0,8 35 70
Расчет отношения углерода к азоту проведен следующим образом. В соответствии с концентрацией элементов (Ы и С) в исходных компонентах в 1000 кг навоза ^=80%) содержится 200 кг сухого вещества.
В 100 кг сухого вещества навоза содержится 1,74 кг азота (Ы), 30 кг углерода (С). Тогда в 200 кг сухого вещества навоза содержится: 1,74x2=3,48 кг (Ы), 30x2=60 кг (С).
В 500 кг соломы ^=20%) содержится 400 кг сухого вещества, в т.ч. 0,5x4=2,0 кг азота (Ы), 35x4=140 кг углерода (С). Тогда в 1500 кг смеси (Ж=60%) содержится 600 кг сухого вещества, в т.ч. 3,48+2,0=5,48 кг (Ы), 60+140=200 кг (С).
Таким образом, в абсолютно сухом веществе (а.с.в.) исходной смеси концентрация азота (Ы) и углерода (С) составляет соответственно 0,9 и 33%, т.е. отношение С/Ы=37,
что выше оптимального диапазона соотношения С/Ы для компостирования 25-30.
Возможно уменьшение соотношения С/Ы до 29 путем уменьшения массы соломы до 200 кг, но при этом влажность готовой смеси будет 70%, что выше оптимального диапазона влажности 50-60%. Излишняя влага будет резко снижать поровое пространство, увеличивая насыпную плотность, что отрицательно скажется на компостировании. В то же время, при завышенном соотношении С/Ы= 37 возможно увеличение периода разложения органического вещества и рост температуры, но при этом качество продукта не ухудшается.
Таким образом, для экспериментов возможно использование соломонавозной смеси следующих свойств:
- соотношение СЫ=37.
- максимальный размер частиц не более 150 мм;
- влажность около 60%;
- содержание в а.с.в. органического вещества (ОВ) не менее 66%, в т.ч. углерода не менее 33%.
В таблице 2 представлены значения параметров компонентов смеси в процессе подготовки к ускоренному компостированию.
В результате проведенных исследований получены следующие данные о качественных показателях соломонавозных смесей:
- в процессе предварительной подготовки массы в буртах наблюдалось снижение влажности с 61,6 до 59,8% и плотности с 792,3 до 686,1 кг/м , что связано с аэрацией массы при перебивке бурта и загрузке установки ускоренного компостирования;
- кислотность компостируемой смеси рН изменялась в сторону повышения щелочности от 7,6 до 7,9.
Одним из основных факторов, влияющих на конструктивные параметры устройств ускоренного компостирования, является степень разложения соломонавозной смеси или ее готовность по стадиям компостирования.
В настоящее время широко используемым методом определения готовности компоста является индикаторный экспресс-метод, который заключается в использовании специальных индикаторов, которые на несколько часов помещаются в герметичную емкость с исследуемым материалом. По изменению цвета индикатора можно судить о зрелости компоста. Для определения степени созревания компоста был использован экспресс-метод Solvita®, предоставленный компанией «Woods End Research Laboratory Inc», США [5]. Показателем в нем служит цвет пары индикаторов - углекислого газа и аммиака, которые выдерживаются отдельно в двух герметично закрытых емкостях в течение 4-х часов. В тесте имеется пронумерованная цветовая шкала для каждого индикатора (рис. 1).
Рис. 1. Индикаторы концентраций КИ3 и СО2 в газовой фазе компостируемой смеси
Готовность компоста определяли индексом спелости по табл. 3. Чем больше индекс, тем выше степень готовности компоста.
Таблица 3. Определение степени разложения
Показание индикатора концентрации диоксида углерода
1 2 3 4 5 6 7 8
Показание индикатора концентрации аммиака 5 1 2 3 4 5 6 7 8
4 1 2 3 4 5 6 7 8
3 1 1 2 3 4 5 6 7
2 1 1 1 2 3 4 5 6
1 1 1 1 1 1 2 3 4
Состояние готовности так же наглядно иллюстрирует номограмма, представленная на рисунке 2.
Рис. 2. Номограмма к определению степени
разложения органического вещества компостируемой смеси («индекса спелости»)
Таблица 2. Динамика изменения плотности р, относительной влажности V и кислотности рН компостируемой смеси в процессе предварительной подготовки к ускоренному
Показатель Значение
навоз солома после предварительного смешивания после укладки бурта после загрузки установки
W, % 78 17 61,6 60,7 59,8
p, кг/м3 821,3 120 792,3 783 686,1
рН, ед. 7,5 7,7 7,6 7,7 7,9
Таким образом, исходя из производственных условий базового хозяйства, эксперименты по ускоренному компостированию возможно проводить при следующих значениях влажности: соломы - 1720%, навоза - 78-81%, что в соотношении соломы к навозу как 1:2 по массе будет давать смесь с оптимальными для компостирования характеристиками: влажность около 60%, плотность 686,1 кг/м и рН 7,9. При этом соотношение C/N=37 будет выше оптимального, что, возможно, увеличит период разложения органического вещества без ухудшения качества компоста.
Литература:
1. Микробиология / О.Д. Сидоренко и др. М., 2009.
2. Емцев В.Т. Микробиология. М., 2005. 445 с.
3. Методы анализов органических удобрений. М., 2003.
4. Миронов В. Влияние режимов подготовки на агрохимический состав компоста // Вестник ВГУ. 2005. №2.
Literatura:
1. Mikrobiologiya / O.D. Sidorenko i dr. M., 2009.
2. Emcev V.T. Mikrobiologiya. M., 2005. 445 s.
3. Metody analizov organicheskih udobrenij. M., 2003.
4. Mironov V. Vliyanie rezhimov podgotovki na agrohi-micheskij sostav komposta // Vestnik VGU. 2005. №2.
TO THE QUESTION OF THE CARBON - NITROGEN RATIO IN STRAW-AND-MANURE MIXTURE
AT EXPERIMENTS DESIGNING
A.A. Sedyh, post graduate student Michurinsk state agrarian university
V.V. Mironov, doctor of technical sciences, general research worker All-Russian scientific research Institute of animal husbandry mechanization
Abstract. The carbon-containing components used in livestock housing give a significant impact on the quality of manure, the optimization of process of its composting may be provided by the implementation of such parameters as the composting mixtures moisture and the C/N ratio, which should be within 50-60%, and 25-30 ones respectively. Any its deviations from optimal values allow including experimental studies conducting needs to be justify, for example, production needs, etc. At the same time, it is necessary to estimate, how they can affect these deviations on the microbiological processes flow intensity at composting, and on the compost quality. For the ex-periment studies conducting of the cattle manure and straw compost preparation process on AO "Komsomolets" farm-breeding plant there was as the raw materials accepted wastes obtained in the production process of livestock products: 78-81% moisture content of cattle manure and 17-20% moisture content of wheat straw with 10-15 mm particle size. By results of researches it is established that in this farm-breeding plant conditions the experiments of the accelerated composting it is more advisable to carry out under specified humidity values that in the 1:2 straw- manure ratio by mass gives a mixture with the optimum composting characteristics: humidity is approximately 60%, density is 686,1 kg/m3 and pH is 7,9. Meanwhile S/N ratio =37 will be above the optimum one, that possibly increase the organic matter decomposition period without the compost quality reduction. Keywords: straw-manure, mixture parameters, accelerated composting, optimal ratio.
