Способ переработки биологических отходов на территории агропромышленного объекта

Изобретение относится к области биотехнологии. Способ переработки на агропромышленном объекте образующихся там биологических отходов, предусматривающий измельчение отходов от падежа, убоя и обработки в фарш дроблением. Полученный фарш подвергают двухстадийному обеззараживанию. В процессе первичного обеззараживания фарш стерилизуют посредством термической обработки в вакуумном котле при температуре не менее 130°С в течение 30-60 минут. В процессе вторичного обеззараживания выращивают на стерилизованном фарше из малька личинок мух рода Lucilia живую биомассу личинок до завершения процесса биоконверсии, когда личинки достигают размера 1-1,8 см на белковом субстрате. Процесс биоконверсии осуществляют в бассейнах, каждый площадью по два квадратных метра из листового металла с бортами, имеющими высоту не менее 150 мм и загнутые вовнутрь края. Бассейны размещены в стеллажах друг над другом с просветами между ними. Стеллажи закрыты снаружи пленкой и оборудованы сверху вытяжным устройством с фильтром. Выращивание малька личинок мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) и переработку полученного продукта в кормовой белок, удобрение и энтомологический жир осуществляют на стороннем специализированном предприятии. Изобретение позволяет повысить выход биомассы личинок мух рода Lucilia, снизить загрязнение окружающей среды. 19 ил., 1 пр.

 

Группа изобретений относится к области биотехнологии, а именно к вторичной переработке биологических отходов личинками мух отряда двукрылые (Diptera), в частности, личинками мух рода Lucilia, и может быть использована для экологически чистой безотходной вторичной переработки биологических отходов в ценный продукт, представляющий собой нативную (живую) массу личинок мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате непосредственно на территории агропромышленного объекта (животноводческого, птицеводческого, рыбоводческого), там, где образуются биологические отходы, а также изобретения могут быть использованы при проектировании и строительстве соответствующих инженерных сооружений.

Под понятием «биологические отходы» по тексту описания понимаем отходы, образующиеся при нормальной деятельности агропромышленного объекта (животноводческого, птицеводческого, рыбоводческого), неограничивающие примеры которых включают: отходы от падежа, боенские отходы и другой биологический материал, образующийся в результате гибели, убоя и переработки животных, птицы, рыбы.

Под понятием «система» по тексту описания понимаем совокупность дополняющих друг друга элементов, обеспечивающая целостность структуры, функционирующей на территории агропромышленного объекта с единой общей целью - эффективной вторичной переработки полученного на входе сырья в виде биологических отходов в готовый экологически чистый ценный продукт на выходе.

В зависимости от того, как организована система, зависит ее эффективность (https://infopedia.su/4x361f.html).

Биологические отходы представляют большую биолого-социальную опасность для окружающей среды, резко нарушают экологию, прежде всего, из-за несовершенства применяемых технологий их переработки.

Ветеринарно-санитарными учреждениями разработаны правила сбора биологических отходов с их последующей утилизацией, приказ главного государственного инспектора РФ от 04.12.1995 №13-7-2/469 (с изменениями на 16 августа 2007 года).

Известен Федеральный Закон «Об обращении с отходами производства и потребления и вторичными ресурсами» (вступил в силу с 1 января 2014 года), которым запрещается сброс биологических отходов, в частности боенских отходов, на почву, водные объекты, места сбора и накопления отходов, вывоз их в места размещения и захоронения отходов (п. 2. Статья 36), предусмотрен приоритет переработки вторичных ресурсов над их захоронением (Статья 4).

Согласно этим документам возможны следующие способы утилизации - кремация, вывоз на территорию скотомогильников или кладбищ или при высокой температуре и давлении приготовление мясокостной муки, что, естественно, представляет большую техническую и экономическую проблему для агропромышленных объектов.

Утилизация биологических отходов регламентируемыми методами требует дополнительных энергетических и материальных затрат без получения выгоды. Подобные устройства и технологии в значительной степени утилизируют одни биологические отходы, однако в процессе образуются новые, зачастую не менее опасные для экологии, например, устройство для утилизации (патент RU 2507448, F23G 5/00, 2012); печь для кремации (патент RU 2603981, F23G 1/00, 2015); мобильная установка для утилизации биологических отходов (патент RU 129601, F23G 5/00, 2013); система комплексной переработки органических отходов (патент RU 65048, С12М 1/00, B01D 61/00, 01.03.2007) и др.

На производство мясокостной, костной, мясной, перьевой муки и других белковых кормовых добавок, проваривание боенских отходов на корм, сжигание требуются высокие энергетические затраты. В случае использования сжигания или захоронения биологических отходов отсутствует возможность сохранить биологический материал в биосфере для питания растений.

Поэтому известные традиционные технологии утилизации биологических отходов в последнее время нуждаются в совершенствовании и получают инновационное развитие.

Активно ведутся поиски альтернативных технологий утилизации биологических отходов, которые смогут позволить максимально и массово извлекать компоненты сырья с высокой биогенной и кормовой доступностью, превращая их в экологически безопасные и полезные для здоровья продукты. Ученые и практики, сосредоточенные на проблемах утилизации и промышленной переработки биологических отходов, обращаются к самой природе, ее компонентам, которые были создателями и накопителями органической материи, т.е. к биоконверсии.

Как известно, в дикой природе не существует проблем, связанных с утилизацией и переработкой отходов биологического происхождения. Миллионы лет существования всех форм жизни на планете выработали оптимальные механизмы уничтожения ненужной или мертвой органики. В экосистемах эта органика включается в круговорот веществ в природе. Но с появлением человека, развитием его хозяйственной деятельности, нагрузка на природную систему утилизации биологических отходов превысила ее возможности. По статистике, на одного жителя планеты приходится от 0,5 до 2 килограммов различных отходов в сутки. В нашей стране образуется до 4 миллиардов тонн отходов в год. Из них порядка 3 миллиардов промышленных отходов, до 40 миллионов твердых бытовых отходов, а все остальное - это биологические отходы.

Именно концепция применения биоконверсии биологических отходов позволяет решить важнейшую в настоящее время проблему безотходной промышленной вторичной переработки этого ценного стратегического сырья с получением экологически чистого ценного продукта. Это связано не только с решением вопросов, обусловленных малоотходными технологиями агропромышленного объекта, но и его новым наполнением, представляющими собой природоохранные технологии такие, как биоконверсия.

Наиболее оптимально для реализации данной концепции подходят личинки мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera), которые используют в качестве новых промышленных продуцентов белка в процессах биоконверсии субстратов, на которых развиваются насекомые (Кожебаев Б.Ж. Муха (Diptera Muscidae). При их использовании экономический эффект максимальный, потому что процесс этот - кратковременный, производство экологически чистое и безотходное, а полученный продукт имеет многостороннее применение. Личинки этого насекомого способны перерабатывать широкий спектр органических отходов, включая отходы обработки птицы, мяса, рыбы, пищевые отходы и пищевые продукты, утратившие потребительские качества.

Таким образом, современные технологии предлагают природоподобный подход к вопросам утилизации и переработки биологических отходов личинками мух, так как это происходит - в дикой природе.

Из уровня техники известны различные способы переработки биологических отходов личинками мух в биомассу личинок и удобрения.

Известен способ получения энтомологической биомассы - сырья для производства кормовых добавок, включающий выращивание личинок двукрылого насекомого Hermetia illucens на питательном субстрате (патент RU 2688470, A23K 10/00, A01K 67/033, 21.05.2019).

Известен способ переработки органических отходов, включающий культивирование личинок синантропных мух на органических отходах до стадии предкуколок (патент RU 2049389, A01K 67/033, 10.12.1995).

Недостатком этих решений является фактическое совместное нахождение личинок разного возраста в обрабатываемом материале, вследствие чего часть личинок может гибнуть или не иметь возможности развиться полностью, что не обеспечивает достаточное качество обеззараживания и переработки; не предполагает структуры, интегрированной в агропромышленный объект.

Известен способ переработки органических отходов, включающий заселение субстрата личинками мух Hermetia illucens II-III возраста для осуществления биоконверсии субстрата с отделением биомассы личинок от полученного биогумуса (патент RU 2654220, C05F 3/00, C05F 9/04, A23K 10/18, 17.05.2018).

Недостатком является недостаточно качественное обеззараживание. Не предполагает структуры, интегрированной в агропромышленный объект.

Известен способ переработки биологических отходов с получением белкового корма и биоудобрения, включающий выращивание личинок на измельченном субстрате (патент RU 2644343, A01K 67/033, C05F 1/00, A23K 10/00, 08.02.2018).

Недостатком является недостаточно качественное обеззараживание. Не предполагает структуры, интегрированной в агропромышленный объект.

Наиболее близким техническим решением является известный способ выращивания личинок мух рода Lucilia, включающий измельчение биологических отходов в фарш до размера частиц не более 150 мм с последующим осуществлением биоконверсии выращиванием на фарше малька личинок мух рода Lucilia до получения живой биомассы личинок на белковом субстрате в бассейнах, каждый площадью по два квадратных метра из листового металла с бортами, имеющими высоту не менее 150 мм и загнутые вовнутрь края, расположенных друг над другом с просветами между ними в стеллажах, закрытых снаружи пленкой и оборудованных сверху вытяжным устройством и фильтром с возможностью обеспечения кратности воздухообмена внутри каждого стеллажа 5-6 раз в час, воздухообмена 27 м³/ч, при плотности посадки личинок на площади бассейнов 25 г на один квадратный метр. Оптимальный слой питательной среды вместе с личинками в бассейне составляет около 60-70 мм. Влажность субстрата составляет не более 70%. Бассейны выполняют из оцинкованной стали толщиной 0,55 мм желательно прямоугольной формы размером 2000×1000×150 мм (патент RU 2719727, A01K 67/033, A23K 10/20, 22.04.2020). Данное решение принято за прототип.

Недостатком является недостаточное качество обеззараживания, тогда как в связи с переходом производства продукции животноводства, птицеводства, рыбоводства на промышленную основу актуальной задачей является создание способов безотходной вторичной переработки биологических отходов с их экономически эффективной стерилизацией. Переработка биологических отходов непосредственно на территории агропромышленном объекте в прототипе не предусмотрена.

Таким образом, известные способы и устройства переработки биологических отходов личинками мух позволяют повысить эффективность переработки отходов птицеводства, животноводства, рыбоводства, увеличить выход биомассы личинок и снизить загрязнение окружающей среды. Однако все они имеют общий недостаток - не предусмотрена переработка биологических отходов непосредственно на территории агропромышленных объектов и отсутствие достаточного обеззараживания. Очевидно, что транспортировка биологических отходов до их реальной утилизации требует значительного участия персонала, транспортных средств, подходящих складских площадей, и поэтому требует значительных организационных усилий, сопровождаемых соответствующими экономическими затратами, а также не всегда гарантирует надлежащую утилизацию выше указанных отходов и требуется специальная технология для безопасного сбора и специальное оборудование для перевозки. Такая утилизация требует прямых оплат утилизационной компании. А это совсем недешево, минимум 5-10 рублей за один килограмм отходов. В данном случае наиболее предпочтительным инновационным решением является быстрая переработка биологических отходов непосредственно на территории агропромышленного объекта, там, где они образуются. Как известно, эффективность современной производственной системы определяется способностями преобразования ресурсов в ценности с наименьшими потерями (https://infopedia.su/4x361f.html), а заниматься бережливым производством в настоящее время в условиях жесткой конкуренции стало жизненно необходимым (http://www.up-pro.ru/library/production_management/systems/zablujdeniya-ps.html).

Следовательно, существует потребность в более эффективных промышленных способах и системах технологической переработки биологических отходов непосредственно на территории агропромышленного объекта в ходе более качественного, безопасного и экономичного процесса.

Хотя переработка биологических отходов птицеводческих, животноводческих, рыбоводческих агропромышленных объектов может быть осуществлена различными известными способами, однако существующие системы утилизации отходов являются дорогостоящими, экологически несовершенными и энергоемкими.

Анализ уровня техники показал, что возможными путями устранения препятствий для осуществления промышленной переработки биологических отходов являются: интегрирование системы выращивания личинок мух на белковом субстрате непосредственно на территорию агропромышленного объекта, повышение качества обеззараживания - устранение микробиологической порчи сырья до начала переработки и последующая переработка с помощью личинок мух. Причем актуальным является разработка и внедрение в производство таких технологий, которые при максимальном получении целевой продукции высокого качества обеспечивали бы сохранение экологического равновесия в окружающей среде и не допускали загрязнение среды обитания -разработка и внедрение малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих и природоохранных технологий.

Перед заявителями стояла задача решения проблем агропромышленного объекта (птицеводческого, животноводческого, рыбоводческого), связанных с неизбежным появлением биологических отходов, - создать экологически чистый и экономически выгодный способ и систему для переработки биологических отходов непосредственно на территории агропромышленного объекта, позволяющих перейти от утилизации биологических отходов к их рациональному использованию - производству их них экологически чистого ценного продукта, улучшить санитарные показатели и экологическую обстановку, расширяющих арсенал средств для переработки биологических отходов в промышленных масштабах.

Технический результат заключается в создании способа и системы для его осуществления, позволяющих вместо утилизации биологических отходов провести на территории агропромышленного объекта эффективную экологически чистую и экономически выгодную вторичную переработку биологических отходов с качественным обеззараживанием и получить полезный для общества ценный продукт «Личинки мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате».

Касательно способа сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в способе переработки биологических отходов, включающем измельчение биологических отходов в фарш с последующим осуществлением биоконверсии выращиванием на фарше малька личинок мух рода Lucilia до получения живой биомассы личинок на белковом субстрате в бассейнах, каждый площадью по два квадратных метра из листового металла с бортами, имеющими высоту не менее 150 мм и загнутые вовнутрь края, расположенных друг над другом с просветами между ними в стеллажах, закрытых снаружи пленкой и оборудованных сверху вытяжным устройством, особенность состоит в том, что переработку биологических отходов агропромышленного объекта проводят непосредственно на его территории, при этом полученный после измельчения биологических отходов фарш перед процессом биоконверсии дополнительно подвергают первичному обеззараживанию - стерилизуют посредством термической обработки в вакуумном котле при температуре не менее 130°С в течение 30-60 минут, а затем перемещают в бассейны для вторичного обеззараживания - выращивают на стерилизованном фарше живую биомассу личинок мух до завершения процесса биоконверсии, когда личинки достигают размера 1-1,8 см на белковом субстрате, причем малька личинок мух рода Lucilia доставляют со стороннего специализированного предприятия, на которое по завершению процесса биоконверсии отправляют полученный продукт «Личинки мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате» для переработки в кормовой белок, удобрение и энтомологический жир. Биологические отходы предпочтительно сначала направляют в бункер-накопитель, из которого подают на измельчение. Биологические отходы целесообразно измельчать дроблением. Биологические отходы предпочтительно измельчать до размера частиц не более 150 мм. Плотность посадки личинок на площади бассейнов выполняют, в частности, 25 г на один квадратный метр. Преимущественно слой субстрата вместе с личинками, находящихся в бассейне, составляет около 60-70 мм. Влажность субстрата может составлять не более 70%. Также желательно используют стеллажи высотой не менее трех метров, при этом в одном стеллаже размещают не менее шести бассейнов.

Касательно системы сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в системе для осуществления способа переработки биологических отходов в продукт «Личинки мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате», содержащей устройство для измельчения биологических отходов в фарш, а также стеллажную систему для проведения биоконверсии выращиванием на фарше биомассы личинок мух, включающую бассейны, каждый площадью по два квадратных метра из листового металла с бортами, имеющими высоту не менее 150 мм и загнутые вовнутрь края, расположенные друг над другом с просветами между ними в вертикальных стеллажах, закрытых снаружи пленкой и оборудованных сверху вытяжным устройством с фильтром, особенность состоит в том, что расположена непосредственно на территории агропромышленного объекта, в качестве устройства для измельчения биологических отходов использована дробильная установка, при этом дополнительно включает вакуумный котел для первичного обеззараживания фарша стерилизацией посредством термической обработки. Особенность системы и в том, что она может быть дополнительно оборудована бункером-накопителем для приема биологических отходов агропромышленного объекта, при этом бункер-накопитель оборудован шнеками для подачи сырья в дробильную установку и установлен ниже уровня пола, а яма для его установки выполнена с ограждением. Стеллажи выполнены высотой не менее трех метров в количестве не менее шестнадцати с размещением не менее шести бассейнов в каждом стеллаже. Стеллажная система может быть снабжена полуавтоматическим штабелером для обслуживания бассейнов. Вокруг каждого стеллажа по всему периметру желательно выполнить канавку глубиной 10-12 см и шириной 20 см для личинок, сбежавших из бассейнов, которая снабжена легкосъемной решеткой, расположенной сверху канавки, при этом стеллажная система может быть снабжена пылесосом для сбора и возврата личинок в бассейны. Предпочтительно система дополнительно снабжена средствами для перемещения сырья между технологическими операциями в процессе обработки, для этого она включает емкость-дозатор для приема фарша из дробильной установки, винтовой насос с гибким шлангом для подачи фарша из емкости-дозатора в вакуумный котел, емкость, выполненную с возможностью перемещения, оборудованную винтовым насосом, гибким шлангом и раздаточным пистолетом, для подачи фарша из вакуумного котла в бассейны, емкость-дозатор, оборудованную гибким шнеком, для сбора готового продукта.

Данная совокупность существенных признаков позволяет получить указанный технический результат.

Экологичность и чистота вторичной переработки обеспечивается за счет скорости сбора биологических отходов и их двойного обеззараживания. Первичное обеззараживание - стерилизация в вакуумном котле. Вторичное обеззараживание - дезактивация патогенной флоры личинками мух рода Lucilia. Безотходность обеспечивается способностью личинок мух полностью перерабатывать фарш из биологических отходов, в результате от 100% сырья остается 60% продукта «Личинки мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате» и 40% испарений. Ценность продукта «Личинки мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате» обеспечивается высокими потребительскими свойствами произведенных в дальнейшем из него на специализированном предприятии продуктов: кормового белка, удобрения, энтомологического жира.

Дополнительное введение стадии первичного обеззараживания биологических отходов учитывает необходимость соблюдения нормативных требований по обеспечению санитарно-гигиенической и экологической чистоты и позволяет агропромышленному объекту максимально гарантировать радикальное обеззараживание больших объемов биологических отходов экологически безопасным и экономически целесообразным способом, что, в конечном итоге, позволяет получать конечный продукт с улучшенным качеством обеззараживания и более высокими потребительскими, санитарными и экологическими показателями.

Предварительное измельчение биологических отходов в фарш обеспечивает увеличение поверхности контакта с обрабатываемым материалом, что увеличивает глубину степени обеззараживания как при тепловой обработке, так и в процессе переработки отходов личинками мух. В результате жизнедеятельности личинок мух значительно снижается бактериальная обсемененность перерабатываемых биологических отходов.

Использование для переработки органических отходов личинок мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) позволяет улучшить санитарные показатели и экологическую обстановку на территориях агропромышленных объектов. Под действием ферментации в процессе выращивания личинок белок сырья расщепляется до продуктов с меньшим молекулярным весом (полипептиды аминокислоты и пр.).

Переработка биологических отходов непосредственно на территории агропромышленных объектов позволяет вместо утилизации отходов получить из них полезный продукт.

Использование вакуумного котла в процессе первичной стерилизации биологических отходов позволяет подавить патогенную микрофлору.

Простота механизации стеллажей позволяет обрабатывать непрерывно и одновременно большое количество биологических отходов.

Использование для выращивания биомассы личинок в процессе переработки отходов стеллажной системы с бассейнами и доставка малька личинок со специализированного предприятия позволяет формировать вертикальные секции из бассейнов с личинками одного возраста, а затем получать в этих бассейнах биомассу и аминокислотный субстрат высокого качества. Кроме этого, стеллаж дает возможность компактно разместить большое количество фарша тонким слоем. Размещение фарша в бассейнах, расположенных в соответствии с заявляемым решением существенно улучшает его аэрацию и условия вентиляции, что также способствует жизнедеятельности личинок, улучшая качество обеззараживания.

Отходы утилизируются и обрабатываются безопасно в результате использования плотоядной природы личинок мухи.

На фиг. 1 представлено изображение разгрузки биологических отходов в приемный бункер-накопитель; на фиг. 2 представлен вариант выполнения бункера-накопителя, оборудованного шнеками, вид внутри; на фиг. 3 - бункер-накопитель, вид снаружи; на фиг. 4 представлена дробилка Г7-ФИР 2, производства компании «НафтаЭко» г. Воронеж; на фиг. 5 - дробилка ДРК; на фиг. 6 представлены ножи дробилки ДРК; на фиг. 7 представлен бункер-дозатор; на фиг. 8 - винтовой насос с гибким шлангом для подачи фарша в вакуумный котел; на фиг. 9 - вакуумный котел для стерилизации; на фиг. 10 представлена стеллажная система для выращивания биомассы; на фиг. 11 представлен полуавтоматический штабелер для обслуживания бассейнов стеллажной системы; на фиг. 12 изображен бассейн; на фиг. 13 представлено изображение внешнего вида готового продукта - биомассы личинок мух на белковом субстрате; на фиг. 14 - изображение ящика-дозатора для доставки малька личинок мух в бассейны; на фиг. 15 представлена блок-схема способа производства продукта «Личинки мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате»; на фиг. 16 представлены результаты исследований кормового белка (таблица 1); на фиг. 17 - результаты исследований кормового белка (продолжение таблицы 1); на фиг. 18 - результаты исследований удобрения (таблица 2); на фиг. 19 - результаты исследований удобрения (продолжение таблицы 2).

Способ переработки биологических отходов агропромышленного объекта (животноводческого, птицеводческого, рыбоводческого) личинками мух рода Lucilia в продукт «Личинки мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате» может быть реализован с помощью предлагаемой системы, которая расположена непосредственно на территории агропромышленного объекта.

Система укомплектована дополняющим друг друга основным оборудованием для технологического выполнения способа (сбор сырья, измельчение сырья в фарш дроблением, термическая стерилизация фарша, переработка фарша личинками мух):

- бункер-накопитель 1 для приема биологических отходов (при необходимости);

- дробильная установка 2 для измельчения сырья в фарш;

- паровой вакуумный котел 3 для стерилизации фарша термической обработкой;

- стеллажная система (не указано) с бассейнами 4, расположенными в стеллажах 5, для выращивания личинок мух.

Система имеет также вспомогательное оборудование для возможности равномерной подачи сырья в процессе переработки между перерабатывающим оборудованием технологических операций, в том числе:

- шнеки 6, которыми оборудован бункер-накопитель 1, для подачи сырья в дробильную установку 2;

- емкость-дозатор 7, для приема фарша из дробильной установки 2;

- питатель для вакуумного котла 3 - винтовой насос с гибким шлангом (фиг. 8) для подачи фарша из емкости-дозатора 7 в вакуумный котел 3;

- мотор-редукторы 8 для обеспечения работы шнеков 6;

- питатель для бассейнов 4 - емкость (не показано), выполненная с возможностью перемещения, например, снабженная колесами, оборудованная винтовым насосом с гибким шлангом и раздаточным пистолетом для подачи фарша из вакуумного котла 3 в бассейны 4.

Стеллажная система для выращивания биомассы личинок мух снабжена:

- газонепроницаемой пленкой 9, которая закрывает снаружи стеллажи 5 для локализации аммиачных выделений в процессе жизнедеятельности личинок;

- вентиляционной установкой с колпаком 10 для локального сбора газовыделений личинок мух и их удаления с помощью вытяжной вентиляции, которая оборудована очистным фильтром (не показано);

- полуавтоматическим штабелером 11 для манипуляций с бассейнами 4;

- канавкой (не показано), выполненной по всему периметру вокруг каждого стеллажа 5 для сбора личинок, сбежавших из бассейнов 4 (при необходимости);

- легкосъемной решеткой (не показано) для закрытия канавки сверху (при необходимости);

- пылесосом (не показано) для сбора личинок из канавки и возврата их в бассейны 4 (при необходимости);

- емкостью-дозатором 7 для сбора готового продукта, оборудованной гибким шнеком (не показано);

- ящиками-дозаторами 12 для доставки малька личинок мух со стороннего специализированного предприятия 13 (см. фиг. 15) в бассейны 4;

- отгрузочными емкостями (не показано), в частности, полиэтиленовыми мешками, для фасовки готового продукта с целью отправки на стороннее специализированное предприятие 13 (см. фиг. 15).

Основные особенности системы предлагаемого решения предполагают создание непосредственно на территории агропромышленного объекта единой структуры 14 (см. фиг. 15) по переработке его биологических отходов, функционирующей по принципиально новому алгоритму, на вход которой подают исходное сырье в виде биологических отходов, а на выходе получают готовый продукт «Личинки мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате».

Система может быть осуществлена с использованием известного оборудования. Оборудование действует в системе согласовано, т.е. каждое из них в определенной последовательности отдает сырье на следующую технологическую операцию.

Способ осуществляют следующим образом.

Сбор биологических отходов

При механизации процесса биологические отходы, образующиеся на территории агропромышленного объекта, собирают и транспортируют любым способом к бункеру-накопителю 1. Бункер-накопитель 1 целесообразно установить ниже уровня пола, например, в приемной яме 15, оборудованной ограждением 16, что позволяет транспортному средству удобно разгрузиться.

Бункер - накопитель 1 оборудован шнеками 6, которые посредством мотор-редукторов 8 подают сырье в дробильную установку 2 на измельчение в фарш. Бункер-накопитель 1 предназначен для обеспечения бесперебойной подачи шнеками 6 биологического материала в дробильную установку 2. Объем бункера-накопителя 1 не менее трех кубических метров, при необходимости может быть увеличен. Оборудован, по меньшей мере, тремя мотор-редукторами 8 мощностью 2,5 кВт каждый.

Измельчение биологических отходов

Измельчение биологических отходов в фарш обеспечивает дробление посредством промышленной дробильной установки 2 с системой подвижных и неподвижных ножей 17, размещенной за бункером-накопителем 1, например, силовые измельчители К7-ФИ2-С, или Ж9-ФИС, или волчек-дробилка В2-ФДБ, или измельчитель Г7-ФИР, или дробилка туш животных ДП-30, или дробилка ДРК-1У и др. Производительность дробильной установки 2 зависит от ее мощности.

Для измельчения отходов убоя свиней, крупного рогатого скота (КРС), птицы, мелких животных и пр. может использоваться дробилка Г7-ФИР 2, производства компании «НафтаЭко» г. Воронеж. Производительность этой дробилки две тонны в час при заявленной мощности 30 кВт. Следовательно, запас по производительности у этой дробилки большой, но для того, чтобы измельчать крупные целые туши требуется более мощная дробильная установка 2. Например, дробилка ДРК. Такой конструкции есть и небольшие дробилки производительностью 0,8-1,5 тонны в час и мощностью 9-15 кВт, но они имеют небольшой загрузочный люк и поэтому могут загружаться только небольшие тушки.

Измельченное в фарш сырье выгружается в емкость-дозатор 7. Может также выгружаться в емкость (не показано), выполненную с возможностью перемещения, например, оснащена колесами, при необходимости транспортировки неиспользованного остатка в холодильную камеру.

Две стадии обеззараживания фарша

Первичное обеззараживание биологических отходов (первая стадия обеззараживания)

Из емкости-дозатора 7 фарш подается в паровой вакуумный котел 3, в котором выполняется его первичное обеззараживание (согласно «Ветеринарно-санитарные правила сбора, утилизации и уничтожения биологических отходов» с изменениями на 16 августа 2007 года). Применяются вакуумные котлы, например, КВМ-4,6А, КВ-4,6М, Ж4-ФПА производства ПО «Агромаш» г. Ногинск, Московская область. Термическая обработка фарша в паровом вакуумном котле 3, собственно стерилизация, выполняется при температуре 130°С в течение 30-60 минут.

Для подачи фарша из емкости-дозатора 7 в вакуумный котел 3 можно использовать винтовой насос (фиг. 8), в частности, насос ОНВ 15, с гибким шлангом. В процессе термообработки (стерилизации) происходит обеззараживание сырья.

Полученная после первичного обеззараживания в вакуумном котле 3 масса собирается в емкость, выполненную с возможностью перемещения, например, снабженную колесами, оборудованную винтовым насосом с гибким шлангом и раздаточным пистолетом для подачи фарша из вакуумного котла 3 в бассейны 4.

Вторичное обеззараживание биологических отходов (вторая стадия обеззараживания)

Вторичное обеззараживание биологических отходов заключается в выращивании на массе, полученной после первичного обеззараживания фарша, личинок мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) согласно отчета Федерального бюджетного учреждения науки «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» от 01 марта 2017 года.

Из подвижной емкости масса, полученная после первичного обеззараживания фарша, подается на пункт кормления в бассейны 4 стеллажной системы для выращивания биомассы. Осуществляется выращивание нативной (живой) биомассы личинок мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате. Помещение, в котором установлена стеллажная система, оснащено вентиляцией и фильтрацией воздуха.

Стеллажная система для выращивания биомассы личинок мух включает бассейны 4, в которых растут личинки. Бассейны 4 - специальные большие емкости, выполненные со сплошным дном и с бортами, имеющими высоту не менее 150 мм и загнутые вовнутрь края. Площадь каждого бассейна 4 составляет два квадратных метра. Предпочтительная форма бассейнов 4 прямоугольная, размер (д, ш, в) 2000×1000×150 мм. Бассейны изготовлены из листового металла, предпочтительно из оцинкованной стали толщиной 0,55 мм. В каждом стеллаже 5 установлены друг над другом не менее шести бассейнов 4. Бассейны 4 размещают с вертикальным расположением друг над другом с просветами между ними, устанавливая их горизонтально на полках (не указано) в стеллажах 5. Высота стеллажей 5 составляет не менее 3-х метров.

В одном бассейне 4 за четыре дня вырастает 18-20 Кг биомассы. Для их кормления на протяжении четырех дней требуется 55-60 Кг мясного сырья. Чтобы переработать 30-50 тонн биологических отходов требуется не менее шестнадцати стеллажей 5, с вертикальным расположением не менее шести бассейнов 4 в каждом. При этом постоянно работают двенадцать стеллажей 5, остальные находятся либо в резерве, либо на техническом обслуживании. Сверху у каждого стеллажа 5 (либо группы стеллажей 5) крепится вентиляционный колпак 10 для локального сбора газовыделений личинок мух и удаления их с помощью вытяжной вентиляции и очистного фильтра. Снаружи стеллажи 5 закрыты газонепроницаемой пленкой 9 для локализации аммиачных выделений в процессе жизнедеятельности личинок.

Бассейны 4 с помощью полуавтоматического штабелера 11 выдвигаются и с помощью винтового насоса, подающего гибкого шланга (не показано) и пистолета-раздатчика (не показано) осуществляется кормление. Стеллажи 5 располагаются справа и слева от штабелера 11. Время кормления одного бассейна 4 составляет не более 1,5 мин.

Посадка малька в бассейны 4 осуществляется вручную из ящиков - дозаторов 12. Для поставок малька личинок мух рода Lucilia используются специально создаваемые на стороннем специализированном предприятии 13 производственные популяции мух.

По всему периметру вокруг каждого стеллажа 5 предпочтительно должна быть выполнена канавка глубиной 10-12 см и шириной 20 см для сбора личинок, сбежавших из бассейнов 4. Размеры канавки определены экспериментальным путем. Сверху канавка закрыта легкосъемной решеткой. Личинки, сбежавшие из бассейнов 4, периодически собираются из канавки пылесосом и отправляются обратно в бассейны 4.

По завершении процесса биоконверсии, когда личинки достигают размера 1-1,8 см, этап выращивания биомассы прекращается. К этому моменту все сырье в бассейнах 4 должно быть переработано в продукт «Личики мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате».

Личинки мух на белковом субстрате выгружают в емкость-дозатор 7 для сбора готового продукта посредством гибкого шнека и последующей фасовки, например, в полиэтиленовые мешки для отправки стороннему специализированному предприятию 13 на переработку в кормовой белок, удобрение и энтомологический жир.

Использование стороннего специализированного предприятия 13 для поставок от него малька личинок мух и отправки на него готового продукта позволяет агропромышленному объекту избежать излишних затрат на строительство дополнительных помещений, необходимых для культивирования маточного поголовья мух и малька личинок и переработки готового продукта. А также позволяет агропромышленному объекту экономить денежные средства, связанные с утилизацией своих органических отходов.

ПРИМЕР. Испытания отдельных узлов системы происходили в рамках опытно-производственного участка ООО «Новые Биотехнологии» в с. Павловское, Лебедянского района, Липецкой области.

Биологические отходы (отходы переработки свиней, птицы, рыбы) в количестве 500 кг доставили с помощью грузового автомобиля на опытно-производственный участок. Сырье вручную подавали на дробилку производительностью 0,5 тонны в час при пусковой мощности 35 кВт.

Полученный после измельчения биологических отходов фарш в пластиковых ящиках (не показано) для мясных продуктов, вручную доставлялся и загружался в вакуумный котел паровой ПО «Агромаш» г. Ногинск Московская область для первичного обеззараживания термической обработкой при температуре 130°С в течение определенного времени. Опробовали процесс в течение 30 минут и 60 минут. Длительность термообработки менее 30 мин не эффективна, а более 60 минут не увеличивает степень обеззараживания. После этого обработанное сырье собирали в емкость (не показано), расположенную на платформе полуавтоматического штабелера 11. Для загрузки питания в бассейны 4 штабелер 11 перемещался к месту кормления личинок. Для испытания выращивания биомассы использовали шесть бассейнов 4 с вертикальным расположением с просветами между ними в одном стеллаже 5 высотой три метра. Площадь каждого из бассейнов 4, выполненных из оцинкованной листовой стали толщиной 0,55 мм прямоугольной формы размером 2000×1000×150 мм, составляла два квадратных метра. Борта бассейнов 4 выполнены высотой 150 мм с загнутыми вовнутрь краями. Малек личинок специальной производственной популяции мух рода Lucilia доставлялся из инсектария ООО «Новые Биотехнологии». Посадку малька личинок мух в бассейны 4 на стерилизованный термической обработкой фарш осуществляли вручную из пластиковых ящиков - дозаторов 12.

В каждом бассейне 4 за четыре дня получили от 15 до 20 Кг биомассы личинок мух. Для их кормления на протяжении четырех дней использовали от 55 до 60 Кг обработанного фарша. Неиспользованный в конкретный день мясной фарш хранился в холодильной камере.

Снаружи стеллажи 5 были закрыты газонепроницаемой полиэтиленовой пленкой 9 для локализации аммиачных выделений в процессе жизнедеятельности личинок. Над стеллажом 5 был закреплен вентиляционный колпак 10 для локального сбора газовыделений личинок мух и удаления их с помощью вытяжной вентиляции и очистного фильтра. Использована приточная система вентиляции механическая общеобменная. Известно, что у личинок внекишечное переваривание, проползая сквозь субстрат, они смачивают его пищеварительными ферментами. Такая частично переваренная смесь заглатывается ими. Благодаря фунгицидным и антибактериальным компонентам, выделяемых личинками веществ, фарш не гниет.

Время на обслуживание одного бассейна 4 вручную не превышало пяти минут.

К четвертому дню процесс биоконверсии был завершен, личинки достигли размера 1-1,8 см. К этому моменту все сырье в бассейне 4 переработано личинками в продукт «Личинки мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате», который вручную выгружали и фасовали в полиэтиленовые мешки для отправки на ООО «Новые Биотехнологии», на дальнейшую переработку в кормовой белок, удобрение и энтомологический жир.

Продукт «Личинки мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) на белковом субстрате» представляет собой белковую массу серо-коричнево-черного цвета, содержащую в себе нативных личинок мух рода Lucilia отряда двукрылые (Diptera) молочного или желто-кремового цвета. Длина личинок 1,0-1,8 см, форма продолговатая. Субстрат имеет специфический мускусный запах, с аммиачным оттенком.

Исследования кормового белка проводились в ОГБУ «Липецкая областная ветеринарная лаборатория» в соответствии с Правилами бактериологического исследования кормов, утв. ГУВ МСХ СССР 10.06.1975 г. Результаты исследований показали, что общая бактериальная обсемененность находится в норме, продукт нетоксичен, бактерии рода Salmonella, токсинообразующие анаэробы, энтеропатогенные типы кишечной палочки отсутствуют (табл. 1 фиг. 16, продолжение табл. 1 фиг. 17).

Исследования удобрения проводила ФБГУ «Центральная научно-методическая ветеринарная лаборатория» г. Тула, которые также подтвердили отсутствие патогенных энтеробактерий рода Salmonella и яиц гельминтов, индекс БГКП - в норме (табл. 2 фиг. 18, продолжение табл. 2 фиг. 19).

Результаты исследований показали, что заявленная группа изобретений обеспечивает возможность перерабатывать биологические отходы с одновременным производством полезного продукта с высоким ветеринарно-санитарным и экологическим эффектом, малыми энергетическими затратами, высоким потребительским эффектом.

Способ является экологически чистым и экономически выгодным, позволит улучшить санитарно-экологическую обстановку. Является конкурентоспособным, наиболее предпочтительным по экономической эффективности, технологичности производства и экологичности. Не уничтожает природу, а работает вместе с ней, обеспечивая баланс круговорота веществ и снижая биологическую опасность в окружающей среде.

Система удобна в эксплуатации и обслуживании и реализует короткое логистическое плечо между образованием биологических отходов и их переработкой, устраняя необходимость транспортировки отходов на большие расстояния и обеспечивая их рациональное использование.

Позволяет работать оперативно и с минимальными затратами, получать дешевый вторичный ценный продукт хорошего качества.

Изобретения позволяют комплексно решить актуальный вопрос обезвреживания и переработки биологических отходов непосредственно на территории агропромышленного объекта, там, где они образуются, и могут быть использованы повсеместно при создании безотходных технологий животноводческих, птицеводческих, рыбоводческих агропромышленных объектов.

Способ переработки на агропромышленном объекте образующихся там биологических отходов, включающий измельчение отходов от падежа, убоя и обработки в фарш с последующим осуществлением биоконверсии выращиванием на фарше малька личинок мух рода Lucilia до получения живой биомассы личинок на белковом субстрате в бассейнах, каждый площадью по два квадратных метра из листового металла с бортами, имеющими высоту не менее 150 мм и загнутые вовнутрь края, расположенных друг над другом с просветами между ними в стеллажах, закрытых снаружи пленкой и оборудованных сверху вытяжным устройством, при плотности посадки личинок на площади бассейнов 25 г на один квадратный метр, влажности субстрата не более 70% и слоя субстрата вместе с личинками около 60-70 мм, отличающийся тем, что собранные биологические отходы направляют на бункер-накопитель, из которого подают на измельчение дроблением до размера частиц не более 150 мм, полученный фарш перед процессом биоконверсии дополнительно подвергают первичному оббеззараживанию - стерилизуют посредством термической обработки в вакуумном котле при температуре не менее 130°С в течение 30-60 минут, а затем перемешивают в бассейны для вторичного оббеззараживания - выращивают на стерилизованном фарше живую биомассу личинок мух до завершения процесса биоконверсии, когда личинки достигают размера 1-1,8 см на белковом субстрате, при этом используют стеллажи высотой не менее трех метров, а в каждом стеллаже размещают не менее шести бассейнов.