Кинетическая модель процесса получения биогумуса с использованием вермикультуры Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

663.1.031:576.8.093.1

КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ БИОГУМУСА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЕРМИКУЛЬТУРЫ

М.П. АСМАЕВ, Д.Л. ПИОТРОВСКИЙ ■ ,

Кубанский государственный технологический университет

Для истощенных, но еще не потерявших плодородия почв рекомендуется процесс восстановления биогумусом.

Биогумус — это органическое удобрение, получаемое путем переработки компоста на базе навоза домашних животных с помощью вермикуль-туры типа красный калифорнийский червь.

Получение биогумуса — биологический процесс, оперирующии как все биологические системы основными биохимическими принципами. Различие заключается в окружающей среде и оптимальных кондициях, зависящих от физических аспектов систем. Это свидетельствует, что общие кинематические концепции могут быть применены для формулировки модели процесса получения биогумуса. Основой кинематического моделирования является концепция формирования промежуточных переменных.

Механизм реакции в биореакторе можно представить следующей структурной схемой:

С + х

- Л

Сх -»

х + В,

(1)

где

С — уровень компоста в биореакторе, м; х — свободный активный червь, шт.; Сх* — активный комплекс типа червь— компост, м-шт.;

В — уровень биогумуса в реакторе, м. Уравнение материального баларса для активного комплекса червь—компост Сх может быть записано следующим образом:

^^ = КСх dt 1

(К2 + Кг)Сх*

(2)

где К, ,Кг,,К0 — специальные константы реакции, с1 [ 1

Уравнение (2) означает, что количество активных комплексов Сх увеличивается за счет свободных активных червей, начинающих перерабатывать компост в биогумус, и уменьшается (знак ” в правой части уравнения (2)) за счет^червей в активном комплексе червь—компост Сх , переработавших компост в биогумус, и червей, по каким-либо причинам прекращающих перерабатывать компост, не производя при этом биогумуса, и переходящих в состояние свободного активного червя X.

Нами получены данные, показывающие, что при поддержании оптимальных условий для верми-культуры в реакторе средний уровень компоста>? перерабатываемого вермикультурой типа красный калифорнийский червь в биогумус, составляет 3,8-4,1 см/день. Следовательно, процесс переработки червями компоста в биогумус длится в биореакторе с уровнем компоста ~ 1,2 м 1 мес. Поскольку инкубационный период червя в коконе при поддерживаемой в биореакторе постоянной температуре 20°С составляет в среднем 25-28 дней 12], то очевидно, что в течение' 1-го технологического цикла (30 дней) общее количество червей в биореакторе практически постоянно.

Предположим [1], что

d(Cx*)

dt

О,

т.е. количество активных комплексов червь—компост Сх не изменяется во времени. Тогда уравнение (2) примет вид

Сх* =

Сх

V

где

Кл

К2 + К3 К,

(4)

(5)

Темп производства биогумуса йВ/ эквивалентен темпу расхода компоста К, т.е.

dB

dt

= R = К2(Сх*).

(6)

Общая концентрация червей в биореакторе хТ равна сумме количества свободных активных червей и количества активных комплексов типа червь—компост, т.е.

хт = х + Сх*. (7)

Выражая из равенства (7) х и подставляя в (4), получаем

‘ ■" 'Г ь'-Т^Гс- <8)

Подставляя выражение (8) в уравнение (6), имеем

R

где

К£_ К4+С ’ Къ = К2х„.

Преобразуем уравнение (9)

1_

R

1

^1 + _ Кь С Kt

(9)

(10)

(11)

— постоянная для системы величина, диссоциативная константа, которая является физической характеристикой системы. К5 — переменная величина.

Для реактора с уровнем компоста 1,2 м при техногическом цикле 30 дней датскими учеными получено значение

К, = 0,336-------------------------.

метр уровня компоста Величина Кь является функцией многих параметров, таких как температура компоста, влажность, pH, тип навоза (выступающий основой для применяемого компоста), плотность заселения компоста вермикультурой, качество аэрации, возраст червей, количество их возрастом свыше 1 года.

ЛИТЕРАТУРА

1. Dong S. Whang, Georg F. Meenaghan Kinetic model of composting process / / Compost Science. — 1980. — № 21. — 3. — P. 44-46.

2. Tsukamoto J., Watanabe H. Influence of temperature on hatching and growth of Eisenia foetida (Oligochaeta, Lumbricidae) // Pedobiologia. — 1977. — № 17. —

, P. 338-342.

Кафедра автоматизации производственных процессов

Поступила 19.03.97