Повышение эффективности вермикомпостирования

IV конференция ТРИЗ. Практика применения методических средств

Повышение эффективности вермикомпостирования.

Аксенов Н., ООО «Компания ЭДУСТРОНГ»

 

В 21 веке мировая общественность столкнулась с новой проблемой: стремительное снижение запасов экологически чистого продовольствия. Вкупе с постоянно растущей популяцией планеты, снижение количества чистой и здоровой еды грозит человечеству глобальной продовольственной катастрофой. Для предотвращения этого, необходимо повышать эффективность аграрного производства. Количество плодородных земель также имеет тенденцию уменьшаться в силу истощения плодородных почв и расширения площадей, занятых коммунальными, транспортными и промышленными объектами. Главным направлением разрешения указанных проблем является развитие биотехнологий, повышающих плодородие почв. На сегодняшний день существуют две принципиально разные технологии для достижения данного результата: ГМО и естественные биологические удобрения.

Вопрос ГМО не будет рассматриваться в данной работе. Скажем просто - это вредно.

Что касается естественных биологических удобрений, то практически все в данном разделе обобщается одним словом вермикомпост или «биогумус».

Вермикомпост, биогумус — органическое удобрение, продукт переработки органических отходов сельского хозяйства дождевыми червями (чаще всего Eisenia foetida и Lumbricus rubellus) и бактериями с участием других организмов (насекомые, грибы и т. д.).

В данной работе будет рассматриваться производство биогумуса с помощью дождевых червей.

Помимо производства биогумуса черви привлекательны сами собой, а точнее своим белком. Изготовленный из дождевых червей порошок содержит белков (61...72%) больше, чем рыбная мука (61%), мясная мука (60%), белковый концентрат сои (45%) или сухие дрожжи (44%). Это животный белок, так необходимый сейчас. В частности, при добавлении 10% белка червей в корм коровам происходит 25% прирост биомассы коровы. С учетом того, что черви наращивают свою популяцию очень быстро, они становятся потенциальным источ ником белка.

Основным ограничением, сдерживающим широкое использование белка червей является естественный, природный порог в максимальной плотности живых особей на единицу объема. Выше определенной плотности популяция червей увеличиваться не может.

Для разработки этой проблемы была выбрана наиболее эффективная на сегодняшний день технология вермипроизводства - технология «шагающая гряда» (Рис.1).

Заключается она в следующем. На пол насыпается длинная гряда субстрата. Размеры гряды: 1000х100х60 см. Черви находятся в жилой зоне с одной из продольных сторон гряды (1). С этой стороны накладывается свежий корм (2), с противоположной стороны срезается готовый биогумус (3). Черви двигаются в сторону свежего корма(2), оставляя за собой готовое удобрение(3,4). В результате происходит постепенное смещение грядки в одну сторону (5). Скорость движения 1-2 см в день.

Рис.1

Система крайне проста в обращении, требует мало затрат на организацию и обслуживание.

Основным минусом данной системы является неэффективное использование объема помещения. Для нормального вермипроизводства необходимо поддерживать температуру 20-30°С выше нуля. Получается, что требуется отапливать помещение минимум 2-х метровой высоты ради 60 см эффективно занятого пространства.

Рис. 2.

Также есть довольно популярный тип вермикомпостирования с помощью системы буртов (Рис.2). Там движение популяции происходит в вертикальном направлении. Система имеет следующую конструкцию. Бурт представляет собой жесткий кожух с открытым верхом (1), в котором содержится питательный субстрат с популяцией червей в жилой зоне (2). Сверху слой за слоем (по мере съедания) накладывается свежий корм. В результате популяция движется снизу вверх (4), оставляя в нижних слоях биогумус (5). Съем биогумуса происходит в самом конце, когда бурт полностью заполнен до верхнего края (6).

Эффективность данной схемы не выше предыдущей, так как дополнительно помещение используется фактически для хранения готового биогумуса (слой, находящийся внизу бурта).

Первая подзадача: увеличить эффективность использования помещений для вермипроизводства.

Все системы быстрого сбора червей, существующие на данный момент либо ручные (что задействует значительные людские ресурсы), либо приводят к уничтожению жилой зоны червей (прекращается процесс производства биогумуса).

Вторая подзадача: найти способ сбора взрослой популяции дождевых червей, не нарушая при этом процессов вермикомпостирования.

Подзадачи были объединены в одну задачу: повысить эффективность производства биогумуса, совместив с процессом сбора биомассы дождевых червей.

Анализ научной литературы по верми-технологиям показал, что черви селятся в верхних слоях субстрата (около 40 см). Из чего был сделан вывод, что в нижних слоях просто не хватает кислорода. Исследовав в литературе процесс дыхания червей, выяснилось, что черви дышат кислородом, растворенным в воде.

Исходя из того, что в буртовой системе вермикомпостирования объем жилой зоны максимален, то эта модель была выбрана рабочей.

Решение первой подзадачи.

Решение первой задачи на первый взгляд кажется решением оптимизационной задачи, однако, это не так.

Для решения этой задачи был проведен причинно-следственный анализ.

  • Почему не эффективно используется пространство в технологии «шагающей гряды»?

Высота гряды 60 см, а минимальная высота помещения 200 см.

  • Почему не насыпают грядку высотой 1,5 метра?

Жилая зона червей составляет лишь верхние 40 см.

  • Почему жилая зона лишь 40 см?

В верхней зоне условия лучше, чем в нижней.

  • Почему в верхней зоне условия лучше, чем в нижней?

В верхней зоне больше кислорода.

Черви дышат кислородом, растворенным в воде. Внизу вода не обогащена кислородом.

  • Почему вода внизу грядки не обогащена кислородом?

В теплой воде кислорода меньше, чем в холодной, а газообразного кислорода почти нет. Внизу вода теплая и нет доступа кислорода.

  • Почему внизу вода теплая, а вверху холодная?

Полив осуществляется сверху, к тому времени, как вода доходит до нижних слоев, она нагревается.

Этот анализ позволил найти пути модернизации процесса вермипроизводства и выйти на новый качественный уровень.

Решение второй подзадачи.

Взрослые черви должны в определенный момент времени оказываться вне субстрата в определенной емкости. При этом субстрат остается пригоден для жизни червей.

ИКР. Когда требуется, черви сами оказываются в нужной емкости.

Разделение подзадачи на две вспомогательные задачи:

  1. выманить или выгнать червей из субстрата; («При хорошем кнуте пряник не нужен.»)
  2. собрать выгнанных червей.

Первая вспомогательная задача.

Начальное положение: черви находятся в устойчивой системе - в субстрате. Но необходимо, чтобы они вышли из этой системы и довольно быстро (за несколько часов).

Таким образом, мы приходим к техническому противоречию: субстрат должен быть относительно благоприятной средой, чтобы в нем жили черви, и относительно неблагоприятной, чтобы черви из него выбегали.

Применяем схему АРИЗ-85:

  • ТП (исходная ситуация)
  • Выбор половины ТП, то есть выбор НЭ. (первичная задача)
  • Построение модели задачи
  • Определение средств для достижения цели – ВПР
  • Назначение целей для выбранных средств ИКР
  • ФП Выявление противоречий для назначенных средств (вторичные задачи).

Выбираем одну часть противоречия, которую сохраняем. Сохраняем благоприятность условий, так как процесс производства удобрения не должен страдать. Теперь условие выглядит так: условия в субстрате максимально благоприятные для червей, но черви вылезают наружу, когда нужно.

Далее для построения модели задачи необходимо обозначить факторы влияния на червей.

Что заставит червей выйти из субстрата? Для этого проанализируем наиболее благоприятные условия для жизни червей:

  • Азот: чем больше азота, тем больше плодовитость червей;
  • Влажность: при влажности меньше 22% черви погибают, самая лучшая для них влажность 70-85%;
  • Кислотность: при рН≤ 5,0 и при рН≥9,0 черви погибают через неделю, оптимальная рН = 7;
  • Температура: Благоприятный температурный диапазон от +8 до +29°С.

При низкой температуре черви впадают в спячку, при высокой начинают умирать.

 Теперь рассмотрим, чего не любят черви: Излишняя засушливость; Излишняя влажность; Холод; Жара; Отсутствие корма; Кислотность и другие отравляющие вещества; Дневной свет; Прикосновения.

Для того чтобы черви самостоятельно покидали биогумус, необходимо действие раздражающих, но не смертельных для них факторов. К тому же, эти факторы не должны нарушать благоприятность среды, то есть они должны быть кратковременными.

 Исходя из этих условий, был проведен анализ вышеперечисленных неблагоприятных факторов.

  • Излишняя засушливость грозит червям высыханием и быстрой смертью.
  • При 100% влажности в субстрат перестает поступать кислород, а растворенный в воде заканчивается, что опять же приводит к смерти червей.
  • Отсутствие корма черви почувствуют только через несколько суток. Это увеличит временные затраты в разы.
  • Дневной свет дорого ввести равномерно для всего субстрата.
  • Действие жары и химические воздействия являются смертельными для червей.
  • Резкое похолодание и прикосновение. Только эти факторы заведомо не приведут к гибели червей, в то же время заставляя их двигаться от раздражающего воздействия.

Вернемся к АРИЗ-85.

Выбор вещественно полевых ресурсов:

Субстрат, черви, бурт, вода (для полива), воздух в субстрате.

После анализа в качестве итогового рабочего элемента выбрана вода, содержащаяся в субстрате. Для поддержания влажности, субстрат необходимо ежедневно поливать водой, именно эта вода и является рабочим органом.

 Выбранная цель: вода в субстрате сама выгоняет червей, посредством холодного и тактильного действия.

Решение: в субстрат вставляются трубки с отверстиями. По ним в импульсном режиме подается холодная вода (с температурой ниже +10°С). Для минимизации негативного влияния (недостатка кислорода), вода перед подачей обогащается кислородом (через озонирование). В холодной воде растворяется кислорода в 2 раза больше, чем в теплой. Трубки поставлены таким образом, чтобы подающаяся через них вода организовывала горизонтальный направленный холодный фронт. Так как вода подается импульсно (резко подается большое давление и тут же выключается), то струйки воды пробивают каналы, по которым в следующий импульс передается гидродинамический удар. Этого достаточно, чтобы на небольшом расстоянии черви чувствовали миниудары и уползали. В результате этого, черви ползут от холода и тактильного беспокойства в заданном направлении.

Далее была решена вторая вспомогательная задача: сбор выгнанных на поверхность червей. Это позволило получить технологию вермипроизводства, позволяющую добиваться максимальной рентабельности.

Показатели эффективности проведенных мероприятий:

  • Эффект производства биогумуса: количество выдаваемого биогумуса с единицы занимаемой площади увеличилось почтив 2 раза, при этом стали задействоваться верхние объемы помещения.
  • Эффект получения биомассы: на данном этапе технология позволяет отбирать до килограмма червей в неделю с 1 квадратного метра субстрата не ликвидируя саму популяцию.

 

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Subscribe to Comments for "Повышение эффективности вермикомпостирования"