СПОСОБ РАЗЛОЖЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК A01N1/00 

Настоящее изобретение относится к способу обработки органического материала до его разложения после сублимационной сушки.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа предварительной обработки органического материала для процесса разложения.

Еще одна задача изобретения состоит в создании упаковки из такого предварительно обработанного органического материала, так чтобы упаковка могла разлагаться.

Органический материал может быть обработан различными способами, чтобы обеспечить возможность использования его в качестве источника питательных веществ. Обычно, утилизируемый органический материал, такой как садовые отходы или кухонные отбросы помещают в емкость для компоста, и в присутствии кислорода различные микроорганизмы, жучки, черви и другие мелкие животные разлагают этот материал до богатой питательными веществами почвы, так чтобы растения могли использовать питательные вещества, содержащиеся в этом материале.

Как было указано, разложение органического материала должно происходить при доступе кислорода, что означает, что никакое содержимое компоста не должно находиться на расстоянии, превышающем 25 см, от аэрируемой поверхности. В правильном компосте не происходит гнилостных процессов, а выходящий газ представляет собой пар и диоксид углерода, а также, возможно, газообразный азот. Температура "нормального" компоста составляет приблизительно 30-35°С, что обеспечивает оптимальное разложение. В зимнее время температура падает, в результате чего скорость процесса уменьшается, но некоторое разложение все же происходит.

Так называемый "горячий" компост означает, что процесс приготовления компоста происходит при очень повышенной температуре, 60-70°С, а это свидетельствует о том, что этот процесс не является процессом разложения в чистом виде, поскольку черви, жучки и большая часть микроорганизмов не чувствуют себя комфортно при таких температурах, и разложение происходит только с помощью термофильных микроорганизмов. Кроме того, разложение является медленным и во время его происходит гниение с образованием газов, имеющих неприятный запах.

Компостирование бытовых отходов также может создавать дополнительные проблемы, связанные с наличием крыс и мышей, которых привлекает компост, если разложение не происходит достаточно быстро. Естественно, самая большая проблема возникает, когда компостированию должны подвергаться более сложные структуры, такие, как отходы скотобоен и отходы после охоты.

При захоронении в земле, труп помещают на глубине приблизительно 180-200 см, однако на данной глубине не происходит никакого разложения, из-за отсутствия кислорода, а происходит гниение под влиянием микроорганизмов, вырабатывающих серу. Сгнивший материал будет вытекать в виде жидкости из полости захоронения. Почва, растения не могут усваивать питательные вещества из такого органического материала.

Причина, по которой тела людей хоронят на большой глубине, связана с традициями, сложившимися несколько сотен лет назад, и естественно, служило для того, чтобы животные не могли выкопать тело после захоронения.

При кремации труп сжигают при высокой температуре, и останки состоят из богатого минералами пепла, который может быть помещен в урну или, как часто бывает в настоящее время, развеян в мемориальном парке. Когда пепел развеивают в мемориальном парке, пепел растворяется при выпадении дождя или других атмосферных осадков, и полученный раствор минеральных солей утекает и проникает в более глубокие слои почвы, при этом он не может усваиваться окружающей растительностью суши. С экологической точки зрения кремацию не следует рекомендовать, поскольку, с одной стороны, из зубных пломб выходит газообразная ртуть, а, с другой стороны, сжигание способствует усилению парникового эффекта вследствие выделения больших количеств диоксида углерода.

В настоящее время не существует эффективного способа захоронения трупа таким образом, чтобы останки разлагались, а питательное содержимое органического вещества могло усваиваться растительностью.

Однако, существует вера, что мы должны вернуться в землю, которая отражена в выражении "Земля к земле, пепел к пеплу, прах к праху" на церемонии похорон, составляющем основу нашей жизненной философии. Однако факты свидетельствуют о том, что мы не возвращаемся в землю, а вытекаем в жидком состоянии.

Это убеждение, вытекающее из нашей жизненной философии, не может стать реальностью при использовании высокой степени бальзамирования мертвых людей, в частности, в больших городах, где службы, занимающиеся организацией похорон, работают не с полной загрузкой из-за предпочтения проводить похороны только в течение некоторых дней недели. Бальзамирование означает, что большие количества консервирующего формальдегида закачиваются в тело и вытесняют кровь и другие жидкости тела. Формальдегид как таковой означает, что не будет происходить надлежащего разложения.

Тело должно храниться в охлажденном или замороженном состоянии до похорон.

В патенте США 4,067,091 раскрыт способ сублимационной сушки трупа для подготовки его к захоронению в земле, причем задача данного способа состоит в обеспечении наличия способных разлагаться останков. Этот способ осуществляют путем замораживания трупа при низкой температуре, а именно при температуре ниже -100°С, механически измельчают труп путем использования, например, молотковой дробилки, выполняют сублимационную сушку полученных частиц для удаления 95% содержащейся в них воды и захоронение остатков от сублимационной сушки. Однако измельчение мертвого тела человека таким образом перед сублимационной сушкой нельзя поддерживать с этической точки зрения.

В патенте ФРГ 3 842 341 раскрыт способ обезвоживания туш (скелетов) животных и/или куриных яиц посредством сублимационной сушки при температурах от -15 до -30°С и давлении от 1×10² до 3×10² Па, возможно после измельчения при температуре 15-25°С. После этого массу, подвергнутую сублимационной сушке, можно хранить при комнатной температуре, сжигать или использовать в качестве удобрения.

Таким образом, существует потребность обеспечить возможность обработки органического вещества, такого, как вещество растительного и животного происхождения, таким образом, чтобы оно могло разлагаться естественным образом, а также этически корректно, если имеется такая необходимость.

Обнаружено, что решение данной задачи достигается настоящим изобретением, которое предусматривает, что органическое вещество, предпочтительно находящееся в охлажденном состоянии, более предпочтительно - в замороженном состоянии, подвергают расщеплению и затем подвергают сублимационной сушке перед перемещением для его отложения с целью разложения.

Дополнительные признаки очевидны из сопровождающей формулы изобретения.

Термин "расщепление" (или "разрыхление") означает в данном случае то, что труп подвергают процессу перфорирования в соответствии с нижеизложенным или подвергают такому быстрому и сильному замораживанию, что структуры тканей больше не слипаются вместе, а дают разрывы (трещины). Такое замораживание может быть выполнено с использованием жидкого азота, имеющего температуру кипения около -190°С. Таким образом, расщепление (или разрыхление) означает не дробление на частицы, а только то, что в структуре тканей создают каналы или трещины, через которые может простым образом осуществляться сублимация воды.

Посредством настоящего изобретения достигается то, что быстрая сублимационная сушка может происходить с приемлемыми затратами энергии. Выполненные расчеты показывают, что сжигание требует, по меньшей мере, такой же или большей энергии для получения золы.

Перфорирование органического вещества, в первую очередь животного материала, может быть выполнено путем использования водяных струй высокого давления, предпочтительно безвоздушных, то есть струй без какого-либо добавления воздуха, или с использованием пара высокого давления, или лазера с высокой энергией излучения. В вышеописанном процессе растительное масло под высоким давлением также может заменить воду.

Перфорирование должно выполняться с использованием такой плотности и с таких направлений, чтобы предпочтительно были образованы кубические элементы со стороной, длина которой составляет от 1 до 2 см. Это означает, что перфорирующие струи образуют один или более боковых краев такого куба перед сублимационной сушкой. Кроме того, это означает, что перфорирование происходит, по меньшей мере, с двух сторон, предпочтительно расположенных по существу перпендикулярно друг другу. Перфорирование осуществляют вдоль трупа, главным образом для перфорации больших структур соединительных тканей трупа.

После сублимационной сушки материал, высушенный таким образом, подвергается воздействию легкого ударного воздействия сверху, так что он сплющивается, после чего он может быть собран и помещен в соответствующий контейнер.

Пригодным контейнером для отложения с целью дальнейшего разложения может быть способный разлагаться картон или контейнер, изготовленный из торфа, который достаточно поместить на глубине приблизительно 25 см ниже поверхности земли, чтобы разложение происходило в аэробных условиях.

Если это связано с захоронением в земле мертвого, подвергнутого сублимационной сушке тела человека, можно, например, одновременно посадить мемориальное дерево рядом с местом захоронения, и посаженное растение сможет ассимилировать разлагающиеся останки.

В дальнейшем изобретение будет описано более подробно со ссылкой на сопровождающий чертеж, на котором показан схематичный вид сбоку устройства для сублимационной сушки тела человека, при этом устройство содержит большой резервуар, содержащий пространство для мертвого тела 2 и имеющий окружающие стенки и крышу или крышку 3, чтобы обеспечить возможность полного погружения тела 2 в жидкий азот. В данном примере стенки 3 содержат элементы для приема сублимированной воды, то есть охлажденные поверхности контакта. Крышка 3 устройства, которая в данном варианте осуществления дополнительно служит в качестве загрузочного отверстия, выполнена с магистралью 4, служащей для соединения с источником вакуума (не показан), чтобы обеспечить возможность создания вакуума во всем устройстве. Кроме того, резервуар 1 выполнен с входной и выходной магистралями 5, 6 для жидкого азота. В варианте можно установить в резервуаре ультразвуковой зонд 7, чтобы обеспечить подачу ультразвука в содержащиеся в резервуаре жидкий азот и органическое вещество, погруженное в него, чтобы тем самым ускорить сублимацию воды. Резервуар устройства также может представлять собой проходной резервуар с устройством для непрерывного перемещения органического материала внутрь резервуара и наружу из него, чтобы обеспечить возможность непрерывной сублимационной сушки органического вещества.

Кроме того, к крышке 3 присоединен ряд магистралей 8 высокого давления, имеющих сопла 9 для того, чтобы обеспечить возможность выполнения перфорирования тела 2, введенного в резервуар, путем использования пара высокого давления.

Резервуар расположен на опорах 10, которые можно привести в колебательное движение. Опоры служат для того, чтобы вызвать вибрационное ударное воздействие на обработанный материал после сублимационной сушки, так чтобы материал сплющился и мог быть собран простым образом для дальнейшего упаковывания в (не показанный) способный разлагаться контейнер.

Предварительная обработка материала, подлежащего сублимационной сушке, который состоит или из мертвого тела человека, или из отходов скотобойни или из обычных кухонных отбросов, означает, что вещество подвергают охлаждению/замораживанию до температуры -70°С, после чего вещество подвергают перфорированию с заранее заданной плотностью и рисунком перфорации путем использования пара высокого давления. Затем вещество погружают в жидкий азот, находящийся при температуре -190°С, тем самым обеспечивая сублимацию содержащейся в материале воды к поверхности конденсации, возможно, посредством прохода в более теплую струю воздуха, имеющей большую способность к переносу влаги.

Чтобы способствовать сублимации, материал может быть подвергнут либо воздействию пониженного давления, составляющего 1×10² - 1×10³ Па, и/или обработке ультразвуком.

После удаления расчетного количества воды, которое определяется путем контроля количества конденсированной влаги, вещество подвергают воздействию вибрационной ударной нагрузки, в результате чего вещество сплющивается и может быть собрано.

ИСПЫТАНИЕ

Была выполнена сушка говядины и свинины, а также свиного жира и свиных ножек. Сушку проводили в обычной лабораторной установке для сушки сублимацией при температуре -50°С и путем использования пониженного давления величиной 1×10² Па. Параллельно этому в химической лаборатории определяли содержание жира и содержание воды, и после сушки было установлено, что вся вода, определенная лабораторным анализом, была удалена. Остаточное количество воды составило менее 1% в большинстве образцов.

Обработка с использованием погружения в жидкий азот привела к образованию трещин и разрывов как в костной, так и в мышечной ткани. В образцах, охлажденных до температуры -80°С, не происходило такого образования трещин и разрывов. Это указывает на то, что самопроизвольному расщеплению мяса способствует чрезвычайно быстрое охлаждение, которое обеспечивает обработка с использованием жидкого азота. Если использовалось перфорирование для инициирования этого процесса [расщепления] и, в возможном варианте, использовалась обработка ультразвуком для ускорения этого процесса, то это еще более способствует последующему расщеплению. С этической точки зрения это чрезвычайно важно, и это является основным отличием способа по изобретению от способа, известного из патента США 4,067,091.

Всего было проведено 10 различных испытаний, при этом здесь представлены результаты четырех из этих испытаний, которые можно считать наиболее типичными с точки зрения полученных результатов (см. таблицу).

ТаблицаХимический лабораторный анализРезультаты сушкиСодержание жира (%)Содержание воды (%)Исходная масса (г)Масса после сушки (г)Вода, удаленная при сушке (%)1. 22,9759,5861,19024,46260,022. 22,3559,78167,76768,48359,203. 33,9151,9738,64218,58051,904. 31,9552,72142,12567,97552,17

Как очевидно из вышеприведенной таблицы, было достигнуто почти полное обезвоживание вещества. Вещество было перфорировано до кубиков размера 1-2×1-2×1-2 см.

Вещество, подвергнутое такой сублимационной сушке для обеспечения его разложения, собирают в способный разлагаться контейнер, такой, как контейнер из прессованного торфа, бумаги, тонкого картона, картона или т.п., и помещают в соответствующем месте в почву на глубину до 25 см. Под действием повторной гидратации и микроорганизмов, насекомых, червей и небольших животных вещество разлагается без запаха с образованием компостной почвы, имеющей высокую питательную ценность, которая может быть усвоена расположенной поблизости растительностью.

Поскольку подвергнутый сублимационной сушке материал обладает небольшой гигроскопичностью, то в возможном варианте контейнер может быть рациональным образом выполнен с водонепроницаемым слоем, например, таким, как слой легко разлагающегося полимера из крахмала, так называемой "кукурузной пластмассы", образующей эффективный барьер для воды, когда продукт хранится над землей.

Отходы рыбы и моллюсков (ракообразных) представляют собой органическое вещество, которое очень быстро разлагается с одновременным выделением запаха, и поэтому обработка по изобретению чрезвычайно пригодна также и для таких отходов, при этом содержание воды может быть снижено до нескольких процентов, и после этого вещество может быть подвергнуто компостированию, возможно после предшествующей компостированию упаковки в способный разлагаться контейнер.

Изобретение касается способа обработки органического материала перед разложением или сублимационной сушкой. В данном способе органический материал, предпочтительно в охлажденном или замороженном состоянии, подвергают обработке расщеплением. После этого материал подвергают сублимационной сушке. Затем материал размещают для разложения. Изобретение также относится к устройству для осуществления данного способа. Устройство представляет собой закрытый резервуар с наличием соединения с источником вакуума, жидкого азота, водяных струй высокого давления, или пара высокого давления, или лазера с высокой энергией излучения, или растительного масла под высоким давлением. Устройство содержит ультразвуковой зонд, является туннельным резервуаром, дополнительно имеет вибрационное устройство. Изобретение обеспечивает разложение органического материала с возможностью усвоения его растительностью. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ обработки органического материала с воздействием на него вибрационной ударной нагрузки, сублимационной сушки, помещения в контейнер и захоронения, отличающийся тем, что предварительно органический материал в охлажденном, а предпочтительно в замороженном состоянии, подвергают расщеплению, при этом расщепление осуществляют в виде перфорационной обработки посредством водяных струй высокого давления, предпочтительно безвоздушных, или пара высокого давления, или лазера с высокой энергией излучения, или растительного масла под высоким давлением, а вибрационную ударную нагрузку осуществляют после сублимационной сушки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перфорирование осуществляют по меньшей мере с двух сторон подходящим образом перпендикулярно друг другу.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал подвергают расщеплению посредством его замораживания при низких температурах до -190°С в жидком азоте или ином хладоносителе.4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что сублимационную сушку выполняют при одновременном воздействии ультразвука.5. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что сублимационную сушку выполняют при одновременном воздействии вакуума.6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что материал представляет собой отходы скотобойни.7. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что материал представляет собой бытовые отходы/кухонные отбросы.8. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что материал представляет собой рыбные отходы и/или отходы моллюсков.9. Устройство для обработки органического материала для его разложения после сублимационной сушки по любому из пп.1-8, содержащее закрытый резервуар с входным отверстием для органического материала, входной и выходной каналы для жидкого азота, соединение с источником вакуума, а также устройство для выполнения расщепления материала посредством водяных струй высокого давления, предпочтительно безвоздушных, или пара высокого давления, или лазера с высокой энергией излучения, или растительного масла под высоким давлением.10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит ультразвуковой зонд.11. Устройство по одному из пп.9 и 10, отличающееся тем, что резервуар, предназначенный для непрерывной транспортировки органического материала внутрь и наружу, является туннельным.12. Устройство по одному из пп.9-11, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит устройство для обеспечения вибрационного ударного воздействия на органический материал после выполнения сублимационной сушки.