RU2780463C1 - Method for processing cellulose-containing waste - Google Patents
Method for processing cellulose-containing waste Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780463C1 RU2780463C1 RU2021123599A RU2021123599A RU2780463C1 RU 2780463 C1 RU2780463 C1 RU 2780463C1 RU 2021123599 A RU2021123599 A RU 2021123599A RU 2021123599 A RU2021123599 A RU 2021123599A RU 2780463 C1 RU2780463 C1 RU 2780463C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cellulose
- waste
- substrate
- larvae
- containing waste
- Prior art date
Links
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 29
- 241000709785 Hermetia illucens Species 0.000 claims abstract description 15
- 241000203770 Thermoactinomyces vulgaris Species 0.000 claims abstract description 4
- 241001495429 Thielavia terrestris Species 0.000 claims abstract description 4
- 230000001461 cytolytic Effects 0.000 claims abstract description 4
- 241000120652 Cellulomonas sp. Species 0.000 claims abstract description 3
- 241001313536 Thermothelomyces thermophila Species 0.000 claims abstract description 3
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical class [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000000813 microbial Effects 0.000 claims abstract 2
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 30
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 abstract description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 abstract description 2
- 229940105329 Carboxymethylcellulose Drugs 0.000 abstract 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 abstract 1
- 239000003674 animal food additive Substances 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 abstract 1
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 abstract 1
- 230000037213 diet Effects 0.000 abstract 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract 1
- 230000001418 larval Effects 0.000 abstract 1
- 239000003895 organic fertilizer Substances 0.000 abstract 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 abstract 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 24
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 10
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 7
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 5
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 5
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 4
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 210000003608 Feces Anatomy 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010807 litter Substances 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 description 3
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000254173 Coleoptera Species 0.000 description 2
- 235000019749 Dry matter Nutrition 0.000 description 2
- 241000243686 Eisenia fetida Species 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N Sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K Tripotassium phosphate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 2
- 244000052616 bacterial pathogens Species 0.000 description 2
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 2
- 244000005709 gut microbiome Species 0.000 description 2
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L mgso4 Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 244000144977 poultry Species 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N Ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000005575 Cellulases Human genes 0.000 description 1
- 108010084185 Cellulases Proteins 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 210000001035 Gastrointestinal Tract Anatomy 0.000 description 1
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 1
- 241000226677 Myceliophthora Species 0.000 description 1
- 241001092905 Thermophis Species 0.000 description 1
- 230000002730 additional Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000010828 animal waste Substances 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L cacl2 Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000012531 culture fluid Substances 0.000 description 1
- 230000000249 desinfective Effects 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 241001233061 earthworms Species 0.000 description 1
- 235000013601 eggs Nutrition 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000007603 infrared drying Methods 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000004301 light adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003020 moisturizing Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000010908 plant waste Substances 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 229910000160 potassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 235000019798 tripotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000009368 vermiculture Methods 0.000 description 1
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к переработке отходов промышленного птицеводства.The invention relates to agriculture, namely to the processing of industrial poultry waste.
Известен способ, в соответствии с которым птичий помет смешивают с целлюлозосодержащими отходами в соотношении 1:1-1:0,7 по массе, прогревают без контакта с теплоносителем и подвергают пиролизу при температуре 500-550°С с получением твердого углеродоминерального остатка и парогазовой смеси [1]. Парогазовую смесь подвергают обработке с отделением твердых механических примесей и последующей конденсацией с образованием жидкого топлива и пиролизной воды. Несконденсированную часть парогазовой смеси подвергают осушке и используют в качестве обратного газового топлива. Топливные газы от сжигания обратного газового топлива и жидкого топлива, полученных в процессе, используют в качестве исходного теплоносителя для поддержания температуры пиролиза, а отработанный в процессе пиролиза теплоноситель используют в качестве теплоносителя для прогрева смеси птичьего помета с целлюлозосодержащими отходами. Установка содержит реактор пиролиза, состоящий из горизонтального цилиндрического корпуса камеры термообработки с рубашкой, двумя торцевыми крышками, одна из которых снабжена фильерой, узлами отвода парогазовой смеси и твердого углеродоминерального остатка, содержащего разгрузочный патрубок, соединенный со шнековым транспортером, перемешивающим устройством, выполненным в виде приводного вала с установленными на нем лопастями со скребками, и питателем, выполненным из корпуса с теплообменной рубашкой, бункером для загрузки исходного сырья и шнеком с приводом с переменным шагом и ножом на его торце, дымосос, соединенный с патрубком отвода парогазовой смеси, циклон, конденсатор воздушного охлаждения, осушитель несконденсированной части парогазовой смеси, устройство для отделения жидкого топлива от воды, фильтр жидкого топлива, топку для сжигания топлива и получения топливных газов и смеситель топливных газов с воздухом после конденсатора воздушного охлаждения, соединенный со входом рубашки реактора пиролиза, выход которой соединен со входом теплообменной рубашки питателя, при этом питатель соединен с камерой термообработки реактора пиролиза через фильеру. Недостатком указанного способа являются высокие энергетические затраты на нагрев перерабатываемого материала, а также потребность в особом, сложном и дорогостоящем аппаратном оснащении. Кроме того, использование данного подхода решает только проблему утилизации отходов без получения дополнительного продукта, а именно сырья для переработки в белковый концентрат.There is a method in accordance with which bird droppings are mixed with cellulose-containing waste in a ratio of 1:1-1:0.7 by weight, heated without contact with a coolant and subjected to pyrolysis at a temperature of 500-550 ° C to obtain a solid carbon-mineral residue and a gas-vapor mixture [one]. The gas-vapor mixture is subjected to processing with the separation of solid mechanical impurities and subsequent condensation to form liquid fuel and pyrolysis water. The non-condensed part of the gas-vapor mixture is dried and used as return gas fuel. Fuel gases from the combustion of reverse gas fuel and liquid fuel obtained in the process are used as the initial heat carrier to maintain the pyrolysis temperature, and the heat carrier used during the pyrolysis process is used as a heat carrier for heating the mixture of bird droppings with cellulose-containing waste. The installation contains a pyrolysis reactor, consisting of a horizontal cylindrical body of a heat treatment chamber with a jacket, two end caps, one of which is equipped with a spinneret, assemblies for removing the vapor-gas mixture and solid carbon-mineral residue, containing an unloading pipe connected to a screw conveyor, a mixing device made in the form of a drive shaft with blades with scrapers installed on it, and a feeder made of a housing with a heat exchange jacket, a hopper for loading feedstock and an auger with a variable pitch drive and a knife at its end, a smoke exhauster connected to a branch pipe for removing the vapor-gas mixture, a cyclone, an air condenser cooling, dryer of the non-condensed part of the gas-vapor mixture, a device for separating liquid fuel from water, a liquid fuel filter, a furnace for burning fuel and obtaining fuel gases and a fuel gas mixer with air after the air-cooled condenser, connected to the jacket inlet pyrolysis reactor, the output of which is connected to the inlet of the heat exchange jacket of the feeder, while the feeder is connected to the heat treatment chamber of the pyrolysis reactor through a spinneret. The disadvantage of this method is the high energy costs for heating the processed material, as well as the need for special, complex and expensive hardware. In addition, the use of this approach only solves the problem of waste disposal without obtaining an additional product, namely raw materials for processing into protein concentrate.
Известен способ комплексной переработки жидких органических отходов в биогаз и твердых органических удобрений в биогумус. Способ включает подготовку основания из гидроизолирующего материала, монтаж газодренажной конструкции, сортировку и измельчение отходов по агрегатному состоянию. Жидкие органические отходы помещают в биореактор, где осуществляется процесс их анаэробного брожения с выделением биогаза. Твердые органические отходы располагаются в вермитехнологическом бурте, расположенном над биореактором и разделенном с ним теплопроводной перегородкой. Твердые органические отходы перерабатываются в высокопродуктивное удобрение - биогумус - с использованием дождевых компостных червей породы Eisenia foetida. Избыток биогаза обеспечивает постоянный нагрев вермитехнологического бурта до температуры не ниже +2°С. Также биогаз отводят через газодренажную конструкцию, фильтрат - гидродренажной системой, вмонтированной в основание. Полученный биогумус используется непосредственно из бурта. Метод анаэробного сбраживания наиболее приемлем для переработки отходов с точки зрения гигиены и охраны окружающей среды, так как обеспечивает наибольшее обеззараживание и устранение патогенных микроорганизмов. Способ позволяет получить биогаз и качественное сырье для рекультивации техногенных земель [2]. Недостатком указанного способа можно считать сложные конструкционные решения и тот факт, что использование культуры Eisenia foetida не решает проблему деструкции лигноцеллюлозных субстратов.A known method of complex processing of liquid organic waste into biogas and solid organic fertilizers into biohumus. The method includes preparing a base from a waterproofing material, installing a gas-drainage structure, sorting and grinding waste according to its state of aggregation. Liquid organic waste is placed in a bioreactor, where the process of anaerobic fermentation is carried out with the release of biogas. Solid organic waste is located in a vermitechnological pile located above the bioreactor and separated from it by a heat-conducting partition. Solid organic waste is processed into a highly productive fertilizer - vermicompost - using earthworms of the Eisenia foetida breed. Excess biogas ensures constant heating of the vermitechnological shoulder to a temperature not lower than +2°C. Biogas is also removed through a gas drainage structure, the filtrate is removed by a hydraulic drainage system built into the base. The resulting vermicompost is used directly from the collar. The anaerobic digestion method is the most suitable for waste processing from the point of view of hygiene and environmental protection, as it provides the greatest disinfection and elimination of pathogenic microorganisms. The method makes it possible to obtain biogas and high-quality raw materials for the recultivation of technogenic lands [2]. The disadvantage of this method can be considered complex design solutions and the fact that the use of Eisenia foetida culture does not solve the problem of degradation of lignocellulosic substrates.
Известен способ переработки городских отходов и отходов органического происхождения промышленных предприятий с одновременным получением экологически чистого высокоэффективного удобрения, биогаза и белкового корма [3]. Отходы подвергают первичной сортировке и сепарации, затем измельчают в шаровой мельнице в водяной среде до образования пульпы. Пульпу закачивают в биогазогенератор непрерывного действия. Образовавшийся биогаз и шлам отделяют, а затем шлам заселяют вермикультурой. Способ позволяет обеспечить полную утилизацию твердых органосодержащих отходов с наименьшими энергетическими и эксплуатационными затратами. Недостатком способа можно считать ограниченность его использования в отношении целлюлозосодержащих отходов, а также дополнительные действия с отходами в виде сепарации, истирания в шаровой мельнице и насыщение водой до состояния пульпы. Кроме того, способ предполагает затраты на изготовление для включения в технологическую схему такого аппарата, как биогазогенератор.There is a method for processing urban waste and waste of organic origin from industrial enterprises with the simultaneous production of environmentally friendly highly efficient fertilizer, biogas and protein feed [3]. Waste is subjected to primary sorting and separation, then crushed in a ball mill in an aqueous medium until pulp is formed. The pulp is pumped into a continuous biogas generator. The resulting biogas and sludge are separated, and then the sludge is populated with vermiculture. The method allows for the complete disposal of solid organic waste with the lowest energy and operating costs. The disadvantage of this method can be considered its limited use in relation to cellulose-containing waste, as well as additional actions with waste in the form of separation, attrition in a ball mill and saturation with water to the pulp state. In addition, the method involves manufacturing costs for inclusion in the technological scheme of such an apparatus as a biogas generator.
Известен способ переработки органических отходов с помощью личинок мух, включающий выращивание личинок мух Hermetia illucens на питательном субстрате с отделением биомассы личинок от биогумуса, причем яйца Hermetia illucens размещают в субстрат вспученного вермикулита [4]. Вылупившиеся личинки вместе с вермикулитом размещают в емкость с предварительно замоченным комбикормом 60-70% влажности в объеме 10 кг, на 9 сутки полученные личинки вместе с переработанным комбикормом делят на равные 50 частей, добавляют 1000 г предварительно подготовленного субстрата органических отходов. К недостаткам указанного способа можно отнести его сложность, связанную с большим количеством манипуляций, а также необходимость применения вермикулита, что связано с дополнительными затратами.A known method of processing organic waste using fly larvae, including the cultivation of larvae of Hermetia illucens flies on a nutrient substrate with the separation of the biomass of larvae from biohumus, and Hermetia illucens eggs are placed in a substrate of expanded vermiculite [4]. The hatched larvae, together with vermiculite, are placed in a container with pre-soaked compound feed 60-70% moisture in a volume of 10 kg, on the 9th day the resulting larvae, together with the processed compound feed, are divided into equal 50 parts, 1000 g of the pre-prepared substrate of organic waste are added. The disadvantages of this method include its complexity associated with a large number of manipulations, as well as the need to use vermiculite, which is associated with additional costs.
Наиболее близким по технологической сущности является способ получения кормового белково-липидного концентрата из отходов органического происхождения, заключающийся в том, что выращивают биомассу личинок Hermetia illucens на отходах органического происхождения и осуществляют их ферментацию [5]. В качестве отходов используют измельченные целлюлозосодержащие отходы влажностью 50-70%, а ферментацию согласно которому качестве перерабатываемого материала используют измельченные целлюлозосодержащие отходы влажностью 50-70%, а ферментацию отходов осуществляют комплексом микроорганизмов, культивированным из кишечной микрофлоры личинок жука-дровосека одновременно с выращиванием биомассы личинок. При этом указанный комплекс микроорганизмов вносят в виде суспензии со значением КОЕ не ниже 107 в количестве 3-5% от массы отходов в начале периода выращивания и повторно не менее двух раз в течение периода выращивания. По истечении 7-15 суток с начала выращивания личинки отделяют, высушивают и измельчают. Изобретение позволяет повысить эффективность биоконверсии целлюлозосодержащих нестерилизуемых отходов в биомассу личинок Hermetia illucens. В качестве недостатка у указанного способа можно считать непостоянство состава кишечной микрофлоры жука-дровосека используемой в процессе, а соответственно колебания получаемых результатов. Кроме того, отсутствие адгезирующего агента неизбежно увеличивает скорость транзита микроорганизмов через пищеварительный тракт насекомого и, как следствие сокращает временную экспозицию их позитивного воздействия на целлюлозные материалы отходов.The closest in terms of technological essence is the method of obtaining feed protein-lipid concentrate from waste of organic origin, which consists in growing the biomass of Hermetia illucens larvae on waste of organic origin and fermenting them [5]. Shredded cellulose-containing waste with a moisture content of 50-70% is used as a waste, and fermentation according to which crushed cellulose-containing waste with a moisture content of 50-70% is used as a processed material, and the fermentation of waste is carried out by a complex of microorganisms cultivated from the intestinal microflora of the larvae of the lumberjack beetle simultaneously with the cultivation of the biomass of the larvae . At the same time, the specified complex of microorganisms is introduced in the form of a suspension with a CFU value of at least 107 in an amount of 3-5% by weight of the waste at the beginning of the growing period and repeatedly at least twice during the growing period. After 7-15 days from the beginning of cultivation, the larvae are separated, dried and crushed. EFFECT: invention makes it possible to increase the efficiency of bioconversion of cellulose-containing non-sterilizable waste into the biomass of Hermetia illucens larvae. As a disadvantage of this method, one can consider the variability of the composition of the intestinal microflora of the woodcutter beetle used in the process, and, accordingly, fluctuations in the results obtained. In addition, the absence of an adhesive agent inevitably increases the rate of transit of microorganisms through the digestive tract of the insect and, as a result, reduces the time exposure of their positive effect on cellulosic waste materials.
Задачей настоящего изобретения является создание эффективного безотходного способа биоконверсии целлюлозосодержащих отходов в продукты высокой востребованности (кормового белка).The objective of the present invention is to create an efficient waste-free method for the bioconversion of cellulose-containing waste into products of high demand (feed protein).
Поставленная задача решается путем использования культур микроорганизмов видов Myceliophthora thermophila, Thielavia terrestris, Thermoactinomyces vulgaris, а также Ceilulomonas sp., предварительно обогащенных натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ-Na). Выбор и сочетание видов проводились в ходе предварительных модельных экспериментов и, по полученным результатам, были признаны как наиболее эффективные. Используемые культуры микроорганизмов депонируются в коллекции Пензенского государственного аграрного университета. Указанные виды предварительно выращиваются на жидких питательных средах в виде индивидуальных культур методом глубинного культивирования. Реализация процесса выращивания осуществляется с помощью круговой качалки со скоростью вращения 180 об/мин и эксцентриситетом 25 мм в колбах Эрленмейера общим объемом 1000 мл, где на долю питательной среды приходится 1/10 часть, т.е. 100 мл. Температурный режим культивирования предполагает поддержание данного параметра в диапазоне 35-40°С. Продолжительность культивирования 96-120 часов до достижения величины КОЕ на уровне 1*108. В качестве жидкой питательной среды используется среда Гетчинсона следующего состава (г/л):The problem is solved by using cultures of microorganisms of the species Myceliophthora thermophila, Thielavia terrestris, Thermoactinomyces vulgaris, and Ceilulomonas sp., pre-enriched with sodium carboxymethylcellulose (CMC-Na). The choice and combination of species were carried out in the course of preliminary model experiments and, according to the results obtained, were recognized as the most effective. Used cultures of microorganisms are deposited in the collection of the Penza State Agrarian University. These species are preliminarily grown on liquid nutrient media in the form of individual cultures by the method of deep cultivation. The cultivation process is carried out using a circular shaker with a rotation speed of 180 rpm and an eccentricity of 25 mm in Erlenmeyer flasks with a total volume of 1000 ml, where the nutrient medium accounts for 1/10 part, i.e. 100 ml. The temperature regime of cultivation involves maintaining this parameter in the range of 35-40°C. The duration of cultivation is 96-120 hours until the CFU value is reached at the level of 1*10 8 . Hutchinson's medium of the following composition (g/l) is used as a liquid nutrient medium:
Целлюлоза (в форме КМЦ) - 6…12Cellulose (in the form of CMC) - 6…12
Нитрат натрия - 2,5Sodium nitrate - 2.5
Магния сульфат - 0,3Magnesium sulfate - 0.3
Калия хлорид - 0,1Potassium chloride - 0.1
Кальция хлорид - 0,1Calcium chloride - 0.1
Аммония сульфат - 0,2Ammonium sulfate - 0.2
Калий фосфорнокислый двузамещенный - 1Potassium phosphate disubstituted - 1
Вода водопроводная - до 1 литраTap water - up to 1 liter
рН среды 6,8-7,2medium pH 6.8-7.2
Достаточно высокое содержание в питательной среде обусловлено тем, что в процессе культивирования микроорганизмов величина утилизации составляет только около половины ее первоначального содержания. Таким образом, к моменту окончания культивирования ее остаточные количества составляют в культуральной жидкости 5-6%. Именно эта часть неизрасходованного КМЦ-Na, благодаря своим адгезивным свойствам играет позитивную роль во взаимодействии микроорганизмов, субстрата и личинок Hermetia illucens при переработке целлюлозосодержащих отходов.The sufficiently high content in the nutrient medium is due to the fact that in the process of cultivating microorganisms, the amount of utilization is only about half of its initial content. Thus, by the end of cultivation, its residual amounts in the culture liquid are 5-6%. It is this part of the unused CMC-Na, due to its adhesive properties, that plays a positive role in the interaction of microorganisms, the substrate and larvae of Hermetia illucens during the processing of cellulose-containing waste.
По завершению процесса выращивания, полученные культуральные жидкости объединяются и используются как инокуляты для внесения в перерабатываемый субстрат.Upon completion of the cultivation process, the obtained culture liquids are combined and used as inoculums for inoculation into the processed substrate.
Подготовка целлюлозосодержащего субстрата (например, отработанная пометная подстилка сельскохозяйственной птицы) предполагает его механическое измельченные до дисперсности 10-12 мм, увлажнение до 55-65% (с учетом вносимого жидкого инокулята культур микроорганизмов) и последующее распределение в подходящие емкости слоем 150 мм. После проведенных подготовительных процедур субстрат инокулируется культуральной жидкостью. Ее количество берется из расчета соотношения: 1 массовая доля объединенной культуральной жидкости на 10 массовых долей субстрата (сухого). Одновременно с микроорганизмами субстрат заселяется личинками Hermetia illucens трехсуточного возраста в из расчета 4 особи на 1 см2. Время биодеградации субстрата составляет 12-14 суток. По завершению указанного периода личинки отделяются от субстрата с помощью вибросита, высушиваются вакуумной или инфракрасной сушкой до 5% влажности и, при необходимости, измельчаются. В процессе переработки субстрат приобретает тонкодисперсную структуру с размером частиц 0,5-1 мм и теряет значительную долю своей исходной массы. Данный материал, может в непосредственном виде использоваться как почвенный мелиорант или служить сырьем для получения органо-минеральных удобрений.Preparation of a cellulose-containing substrate (for example, spent poultry manure litter) involves mechanically crushing it to a fineness of 10-12 mm, moisturizing to 55-65% (taking into account the introduced liquid inoculum of microorganism cultures) and subsequent distribution into suitable containers with a layer of 150 mm. After the preparatory procedures, the substrate is inoculated with the culture liquid. Its amount is taken from the calculation of the ratio: 1 mass fraction of the combined culture fluid per 10 mass fractions of the substrate (dry). Simultaneously with microorganisms, the substrate is populated by Hermetia illucens larvae of three days of age at the rate of 4 individuals per 1 cm2. The biodegradation time of the substrate is 12-14 days. At the end of the specified period, the larvae are separated from the substrate using a vibrating screen, dried by vacuum or infrared drying to 5% moisture and, if necessary, crushed. In the process of processing, the substrate acquires a finely dispersed structure with a particle size of 0.5-1 mm and loses a significant proportion of its original mass. This material can be directly used as a soil ameliorant or serve as a raw material for the production of organo-mineral fertilizers.
Технический результат достигается биодеградациейThe technical result is achieved by biodegradation
целлюлозосодержащих отходов личинками двукрылого насекомого Hermetia illucens в присутствии искусственно внесенных культур микроорганизмов Myceliophthora thermophi/a, Thielavia terrestris, Thermoactinomyces vulgaris, a также Cellulomonas sp.и многофункционального компонента - КМЦ-Na. Данный фактор обеспечивает рост микроорганизмов в культуре, инициирует и них выработку ферментов - целлюлаз, способствует адаптации указанных микробов к конечному субстрату и, за счет адгезивных свойств выступает в качестве связующего звена между ними и организмом личинок. В итоге достигается высокая степень деградации целлюлозосодержащих материалов в течение регламентированного технологией времени. В качестве продукта биоконверсии образуется биомасса личинок Hermetia illucens, пригодная для получения кормового белка.cellulose-containing waste by the larvae of the dipteran insect Hermetia illucens in the presence of artificially introduced cultures of microorganisms Myceliophthora thermophi/a, Thielavia terrestris, Thermoactinomyces vulgaris, as well as Cellulomonas sp., and a multifunctional component - CMC-Na. This factor ensures the growth of microorganisms in the culture, initiates their production of enzymes - cellulases, promotes the adaptation of these microbes to the final substrate and, due to the adhesive properties, acts as a link between them and the body of the larvae. As a result, a high degree of degradation of cellulose-containing materials is achieved within the time period regulated by the technology. As a bioconversion product, the biomass of Hermetia illucens larvae is formed, suitable for obtaining feed protein.
Пример 1Example 1
Для проведения испытаний в контейнеры площадью 2244 см2 помещали целлюлозосодержащие отходы, а именно отработанную пометную подстилку индейки слоем 15,0 см. В качестве целлюлозного компонента присутствовала древесная стружка в количестве 40% (по сухому весу) и, таким образом, в пересчете на индивидуальное вещество, доля целлюлозы в данном материале оценивалось на уровне 23,5% (1175 г на 5000 г сухого субстрата). Субстрат заселяли личинками Hermetia illucens в возрасте 2-3 суток. Плотность заселения субстрата личинками составляла 4 особи на 1 см2, т.е. 8976 особей на контейнер. Масса субстрата влажностью 60% составляла 12500 г на ящик.For testing, cellulose-containing waste was placed in containers with an area of 2244 cm 2 , namely, spent turkey litter with a layer of 15.0 cm. substance, the proportion of cellulose in this material was estimated at 23.5% (1175 g per 5000 g of dry substrate). The substrate was populated with larvae of Hermetia illucens at the age of 2-3 days. The population density of the substrate with larvae was 4 individuals per 1 cm2, i.e. 8976 individuals per container. The mass of the substrate with a moisture content of 60% was 12500 g per box.
Одновременно в контейнеры вносилась объединенная культуральная жидкость, содержащая целлюлозолитические микроорганизмы, выращенные глубинным методом на среде Гетчинсона с содержанием КМЦ-Na 12 г/л. Содержание микроорганизмов в культуральной жидкости находилось на уровне от 1,0*108 до 5,0*108 КОЕ/мл. Контролем служили варианты без внесения комплекса микроорганизмов и, соответственно без КМЦ-Na.At the same time, the combined culture liquid containing cellulolytic microorganisms grown by the deep method on Getchinson's medium containing CMC-Na 12 g/l was introduced into the containers. The content of microorganisms in the culture liquid was at the level of 1.0*10 8 to 5.0*10 8 CFU/ml. Variants without the introduction of a complex of microorganisms and, accordingly, without CMC-Na served as control.
Конверсию осуществляли в течение 12-14 суток.The conversion was carried out within 12-14 days.
В варианте, предусматривающем внесение микроорганизмов, конечная масса остатков субстрата (сухое вещество) составила 1794,0 г, из которых на долю целлюлозы приходилось 373,5 г. Таким образом, общая убыль субстрата достигает 64,08%, а убыль целлюлозы 68,21%. В варианте без внесения комплекса микроорганизмов аналогичные величины были на уровне 2520 г. (остаточная масса субстрата), 787 г. (остаточное содержание целлюлозы). В процентном выражение эти величины составляли 49,6% и 33,02% соответственно.In the variant involving the introduction of microorganisms, the final weight of the substrate residues (dry matter) was 1794.0 g, of which cellulose accounted for 373.5 g. Thus, the total loss of the substrate reaches 64.08%, and the loss of cellulose is 68.21 %. In the variant without the introduction of a complex of microorganisms, similar values were at the level of 2520 g (residual mass of the substrate), 787 g (residual cellulose content). In percentage terms, these values were 49.6% and 33.02%, respectively.
Также по итогам культивирования проводили оценку накопления сырой биомассы личинок Hermetia illucens. Суммарная биомасса сырых личинок в варианте с комплексом микроорганизмов и КМЦ-Na составляла 1055 г, в варианте без внесения вышеприведенных факторов 724 г. В процентном выражении по данному показателю опытный варианты превосходят контрольные на 45,7%.Also, according to the results of cultivation, the accumulation of raw biomass of Hermetia illucens larvae was assessed. The total biomass of raw larvae in the variant with a complex of microorganisms and CMC-Na was 1055 g, in the variant without the introduction of the above factors, 724 g. In percentage terms, the experimental variants exceed the control ones by 45.7% in this indicator.
Пример 2Example 2
Для проведения испытаний в контейнеры площадью 2244 см2 помещали целлюлозосодержащие отходы, а именно отработанную пометную подстилку индейки слоем 15,0 см. В качестве целлюлозного компонента присутствовала древесная стружка в количестве 40% (по сухому весу) и, таким образом, в пересчете на индивидуальное вещество, доля целлюлозы в данном материале оценивалось на уровне 23,5% (1175 г на 5000 г сухого субстрата). Субстрат заселяли личинками Hermetia illucens в возрасте 2-3 суток. Плотность заселения субстрата личинками составляла 4 особи на 1 см2, т.е. 8976 особей на контейнер. Масса субстрата влажностью 60% составляла 12500 г на ящик.For testing, cellulose-containing waste was placed in containers with an area of 2244 cm 2 , namely, spent turkey litter with a layer of 15.0 cm. substance, the proportion of cellulose in this material was estimated at 23.5% (1175 g per 5000 g of dry substrate). The substrate was populated with larvae of Hermetia illucens at the age of 2-3 days. The population density of the substrate with larvae was 4 individuals per 1 cm2, i.e. 8976 individuals per container. The mass of the substrate with a moisture content of 60% was 12500 g per box.
Одновременно в контейнеры вносилась объединенная культуральная жидкость, содержащая целлюлозолитические микроорганизмы, выращенные глубинным методом на среде Гетчинсона с содержанием КМЦ-Na 12 г/л. Содержание микроорганизмов в культуральной жидкости находилось на уровне от 1,0*108 до 5,0*108 КОЕ/мл. Контролем служили варианты без внесения комплекса микроорганизмов и, соответственно без КМЦ-Na. Конверсию осуществляли в течение 12-14 суток.At the same time, the combined culture liquid containing cellulolytic microorganisms grown by the deep method on Getchinson's medium containing CMC-Na 12 g/l was introduced into the containers. The content of microorganisms in the culture liquid was at the level of 1.0*10 8 to 5.0*10 8 CFU/ml. Variants without the introduction of a complex of microorganisms and, accordingly, without CMC-Na served as control. The conversion was carried out within 12-14 days.
Контролем служили варианты с внесением того же комплекса микроорганизмов в тех же пропорциях, но выращенных на среде Гетчинсона, в составе которой вместо КМЦ-Na вносилась обычная целлюлоза в той же массе.Variants with the introduction of the same complex of microorganisms in the same proportions, but grown on Hutchinson's medium, in which ordinary cellulose in the same mass was added instead of CMC-Na, served as control.
В варианте, предусматривающем внесение микроорганизмов, конечная масса остатков субстрата (сухое вещество) составила 1794,0 г, из которых на долю целлюлозы приходилось 373,5 г. Таким образом, общая убыль субстрата достигает 64,08%, а убыль целлюлозы 68,21%. В варианте, где комплекс микроорганизмов выращивался на среде Гетчинсона с обычной целлюлозой общая остаточная масса сухого субстрата составляла 2218 г, а остаток целлюлозы 548 г. В процентном выражении эти величины составляли 55,64% и 53,36% соответственно.In the variant involving the introduction of microorganisms, the final weight of the substrate residues (dry matter) was 1794.0 g, of which cellulose accounted for 373.5 g. Thus, the total loss of the substrate reaches 64.08%, and the loss of cellulose is 68.21 %. In the variant where the complex of microorganisms was grown on Hutchinson's medium with ordinary cellulose, the total residual weight of the dry substrate was 2218 g, and the residue of cellulose was 548 g. In percentage terms, these values were 55.64% and 53.36%, respectively.
Одновременно, по итогам культивирования проводили оценку накопления сырой биомассы личинок Hermetia illucens. Суммарная биомасса сырых личинок в варианте с комплексом микроорганизмов и КМЦ-Na составляла 1055 г, в варианте без внесения вышеприведенных факторов 822 г. В процентном выражении по данному показателю опытный варианты превосходят контрольные на 28,35%.At the same time, according to the results of cultivation, the accumulation of raw biomass of Hermetia illucens larvae was assessed. The total biomass of raw larvae in the variant with a complex of microorganisms and CMC-Na was 1055 g, in the variant without the introduction of the above factors, 822 g. In percentage terms, in this indicator, the experimental variants exceed the control ones by 28.35%.
Источники информацииSources of information
1. Патент №2447045 Российская Федерация, МПК C05F 3/00(2006.01), C05F 3/06(2006.01), В09В 3/00(2006.01).Способ и установка для утилизации птичьего помета: №2010143469: заявл. 26.10.2010: опубл. 10.04.2012/Шаповалов Ю.Н, Ульянов А.Н., Корчагин В.И., Протасов А.В.; заявитель Ульянов А.Н. - 10 с.1. Patent No. 2447045 Russian Federation, IPC C05F 3/00 (2006.01), C05F 3/06 (2006.01), B09B 3/00 (2006.01). 10/26/2010: publ. 04/10/2012 / Shapovalov Yu.N., Ulyanov A.N., Korchagin V.I., Protasov A.V.; applicant Ulyanov A.N. - 10 s.
2. Патент №2441720 Российская Федерация, МПК В09В 3/00(2006.01). Способ комплексной переработки органических отходов: №2010132505: заявл. 02.08.2010: опубл. 10.02.2012 /Смирнов Ю.Д., Ковшов СВ., Никулин А.Н., Седова А.А.; заявитель ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет). - 6 с.2. Patent No. 2441720 Russian Federation, IPC B09V 3/00 (2006.01). The method of complex processing of organic waste: No. 2010132505: Appl. 08/02/2010: publ. 02/10/2012 /Smirnov Yu.D., Kovshov SV., Nikulin A.N., Sedova A.A.; applicant GOU VPO "Saint Petersburg State Mining Institute named after G.V. Plekhanov (Technical University). - 6 p.
3. Патент №2119902 Российская Федерация, МПК C05F C05F 9/04(2006.01) В09В 3/00(2006.01). Способ переработки твердых органосодержащих отходов: №96114310: заявл. 11.07.1996: опубл. 10.10.1998/Андросов А.Г.; заявитель Акционерное общество открытого типа "Горняк". - 4 с.3. Patent No. 2119902 Russian Federation, IPC C05F C05F 9/04(2006.01) В09В 3/00(2006.01). Method for processing solid organic waste: No. 96114310: Appl. 07/11/1996: publ. 10.10.1998 / Androsov A.G.; the applicant is an open joint stock company "Gornyak". - 4 s.
4. Патент №2734522 Российская Федерация, МПК А01K 67/00 C05F3/00 C05D 5/00. Способ выращивания личинок мух и переработки органических отходов: №2020110097: заявл. 10.03.2020: опубл. 19.10.2020/Максимов А.Н., Зорин Г.В.; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Энтопротеин" -6 с.4. Patent No. 2734522 Russian Federation, IPC А01K 67/00 C05F3/00 C05D 5/00. Method for growing fly larvae and processing organic waste: No. 2020110097: Appl. 03/10/2020: publ. 19.10.2020 / Maksimov A.N., Zorin G.V.; applicant Limited Liability Company "Entoprotein" -6 p.
5. Патент №2673749 Российская Федерация, МПК А23K 10/12 (2018.08); А23K 10/20 (2018.08) Способполучениякормовогобелково-липидногоконцентратаизотходоврастительного и животного происхождения: №2018110877: заявл. 27.03.2018: опубл. 29.11.2018/ Бабаев Н.А., Соколов И.В., Ильин Д.Ю., Бастраков А.И.; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Биогенезис" - 6 с.5. Patent No. 2673749 Russian Federation, IPC А23K 10/12 (2018.08); A23K 10/20 (2018.08) Method for obtaining feed protein-lipid concentrate from plant and animal waste: No. 2018110877: Appl. 03/27/2018: publ. 29.11.2018/ Babaev N.A., Sokolov I.V., Ilyin D.Yu., Bastrakov A.I.; applicant Limited Liability Company "Biogenesis" - 6 p.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2780463C1 true RU2780463C1 (en) | 2022-09-23 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106810301A (en) * | 2017-01-23 | 2017-06-09 | 华中农业大学 | A kind of method that flat angle stratiomyiid of speck converts chicken manure with microbial association |
| RU2654220C1 (en) * | 2017-03-21 | 2018-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Биогенезис" (ООО "Биогенезис") | Method for processing an organic waste by larvae of the fly hermetia illucens obtaining animal protein and biohumus |
| RU2688315C1 (en) * | 2018-07-30 | 2019-05-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Биогенезис" | Method of producing protein-lipid biomass by growing hermetia illucens larvae on cellulose-containing wastes |
| RU2744181C1 (en) * | 2020-10-27 | 2021-03-03 | Максим Анатольевич Тимофеев | Method for processing coniferous wood |
| US20210130248A1 (en) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | Xinjiang Agricultural University | Method of continuously converting kitchen waste using three environmental insects |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106810301A (en) * | 2017-01-23 | 2017-06-09 | 华中农业大学 | A kind of method that flat angle stratiomyiid of speck converts chicken manure with microbial association |
| RU2654220C1 (en) * | 2017-03-21 | 2018-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Биогенезис" (ООО "Биогенезис") | Method for processing an organic waste by larvae of the fly hermetia illucens obtaining animal protein and biohumus |
| RU2688315C1 (en) * | 2018-07-30 | 2019-05-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Биогенезис" | Method of producing protein-lipid biomass by growing hermetia illucens larvae on cellulose-containing wastes |
| US20210130248A1 (en) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | Xinjiang Agricultural University | Method of continuously converting kitchen waste using three environmental insects |
| RU2744181C1 (en) * | 2020-10-27 | 2021-03-03 | Максим Анатольевич Тимофеев | Method for processing coniferous wood |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109534636B (en) | Production system for comprehensively treating and utilizing waste straw and livestock and poultry manure | |
| CN103396181B (en) | Method for producing biological organic fertilizer by using livestock and poultry died from diseases | |
| CN112544572A (en) | Method for environment-friendly feeding of hermetia illucens by using kitchen waste | |
| CN103265154B (en) | Resource utilization and comprehensive treatment process for sewage and manure generated during cultivation | |
| CN103664287B (en) | A kind of biological organic fertilizer utilizing waterplant to prepare | |
| CN108157072A (en) | A kind of ecological agriculture circulatory system | |
| CN104692847A (en) | Method for producing high-macroelement liquid organic special fertilizer | |
| CN109851446A (en) | A kind of anaerobic fermentation phosphorous compound additive and fermentation process | |
| CN109170234A (en) | A method of earthworm special feed is prepared using kitchen castoff | |
| CN102367458A (en) | Method for preparing methane by pretreating asparagus straws with NaOH | |
| CN1548405A (en) | Method for producing efficient active biological organic fertilizer with excrement and organic garbage | |
| CN101524112A (en) | Circulation process of environment-friendly treatment system of feces and the like waste in breeding farm | |
| CN101063152B (en) | Kitchen residual garbage normal temperature anaerobic fermentation method | |
| CN114568393A (en) | Method for recycling pig manure garbage by utilizing hermetia illucens | |
| CN113636877A (en) | Biological treatment system based on excrement and urine resource utilization | |
| CN108004132B (en) | Anaerobic fermentation device capable of recycling microorganism aged hydrothermal carbon and recycling method of microorganism aged hydrothermal carbon | |
| CN106631351A (en) | Preparation method of farmyard manure for corn planting | |
| CN105668970A (en) | Method for preparing marsh gas from deer manure through efficient anaerobic fermentation | |
| CN210394109U (en) | Earthworm reactor | |
| RU2780463C1 (en) | Method for processing cellulose-containing waste | |
| CN111743040A (en) | Method for preparing earthworm feed based on thermally conditioned organic sludge and product thereof | |
| CN104163501A (en) | Method for treating liquid manure by virtue of compound microorganism nest | |
| CN111269043A (en) | Method for quick biological fertilization treatment of excrement | |
| CN114014718B (en) | Method for producing carbon-based bacterial fertilizer by feeding hermetia illucens with livestock and poultry manure added with charcoal | |
| CN108142375B (en) | Method for ecological treatment and conversion utilization of organic garbage fermentation residues |