СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ АГРОПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2008 года по МПК B09B3/00 B03B7/00 A01C3/00 

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к способам переработки, обезвреживания и последующей утилизации различных агропромышленных отходов, образующихся, например, на различных животноводческих фермах, птицефабриках и т.п. Предлагаемое изобретение может быть конкретно использовано на птицефабриках для обезвреживания весьма токсичных отходов - птичьего помета: для его специальной переработки и последующей утилизации в форме товарных продуктов - экологически-чистых органических и/или комплексных органо-минеральных удобрений.

Известны (С.П.Ботанин, В.А.Числов. Изобретения в промышленном птицеводстве. Справочник. - М.: Россельхозиздат. 1987. - 256 с.) различные способы биохимической и термической переработки агропромышленных отходов - птичьего помета. Их недостатком является неудовлетворительная производительность процесса и высокие энергозатраты.

Известен (А.А.Кива, Ю.Н.Суханов, В.М.Лукьянов. Машины и оборудование для птицеводства. Справочник. - М.: Агропромиздат. 1987. - 240 с.; См.: с.173-185: Машины и оборудование для транспортировки и переработки помета) способ переработки агропромышленных отходов - птичьего помета с получением товарного продукта - органических удобрений.

Данный известный способ заключается в следующем. Исходный, сырой - влажный помет (влажность обычно составляет 75-85%) направляют первоначально на вибросито для удаления посторонних предметов, после чего шнековым дозатором подают в смеситель-дозатор для смешивания сырого помета с частью высушенного помета. Затем полученную смесь шнековым транспортером направляют в прямоточный сушильный барабан.

Сушку (обезвоживание) производят при температуре в сушильном агрегате: в начале 900...1000°С, в конце 120...160°С. Из сушильного барабана помет через выгрузочное устройство поступает в крошитель для измельчения крупных комков высушенного помета и затем - в охладительную колонну для охлаждения готовой продукции. Получаемый таким образом продукт имеет влажность 12-14% и представляет собой комкообразную крошку с размером гранул от 1 до 10 мм. Из охладительной колонны высушенный помет направляют транспортером в накопитель, из которого осуществляют расфасовку и/или отгрузку готового продукта потребителям.

Недостатками данного известного способа является следующее:

- налипание сырого помета на стенки барабана и, в связи с этим, пригорание помета, снижение качества и потребительских свойств готового продуктов: уменьшение содержания питательных веществ, полезных компонентов;

- необходимость специального измельчения готового продукта;

неоднородность (от 1 до 10 мм) высушенного и измельченного продукта;

- необходимость возврата высушенного продукта в "голову" процесса для снижения влажности исходного продукта, поступающего в барабан на сушку. Это в свою очередь приводит к уменьшению производительности способа в целом;

- большие энергозатраты на обезвоживание исходных влажных (75-85%) агропромышленных отходов - птичьего помета (Этим же недостатком обладают другие известные способы: Патенты РФ №№209540; 22019909 и др.).

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является известный способ переработки и утилизации агропромышленных отходов - птичьего помета - отходов птицефабрики (Патент РФ №2045497 по заявке №93017460 с приор. от 06.04.1993 г.; Зарег. и опубл. 10.10.1995; Бюл. №28; МПК⁶ A23К 1/00) - "Способ переработки отходов птицефабрики" - принят за ПРОТОТИП.

Способ по прототипу включает в себя следующие основные операции:

- шнековая транспортировка исходного влажного птичьего помета из накопительной емкости в дозатор;

- введение помета в сушильную камеру в предварительно диспергированном виде (в виде газовзвеси, аэрозоли) с начальной скоростью 25-100 м/сек;

- осуществление процесса (сушки, обезвреживания, термообработки) при соотношении скорости ввода помета в рабочий объем сушильной камеры (V_п) и скорости подачи газа-теплоносителя (V_гт) равном V_п:V_гт=(2-5):1;

- выгрузка готового продукта и его затаривание.

Способ по прототипу обеспечивает по сравнению с другими, ранее известными способами сокращение потерь товарных продуктов за счет предотвращения налипания сырого помета на стенках сушильного агрегата, повышение качества получаемого продукта (удобрений) и увеличение производительности процесса.

Недостатком способа по прототипу являются значительные энергозатраты на сушку и термообработку, что связано с высокой влажностью исходных агропромышленных отходов - птичьего помета, загруженного из накопительного бункера в сушильную камеру. Результаты непрерывного исследования в течение двух лет системы образования отходов птицефабрик показали, что влажность птичьего помета, собираемого в птичнике в накопительной емкости, обычно составляет 75-85%, т.е. 3,0-5,5 кг воды на 1 кг сухой твердой фазы.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности переработки агропромышленных отходов.

Технический результат, который может быть достигнут при реализации предлагаемого изобретения заключается в сокращении удельных энергозатрат на обезвоживание и термообработку агропромышленных отходов - птичьего помета и увеличение производительности процесса как по объему перерабатываемых отходов, так и по выпуску товарной продукции.

Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемым "Способом переработки и утилизации агропромышленных отходов - птичьего помета", включающим загрузку отходов в сушильную камеру в предварительно диспергированном в эжекторе состоянии, подачу в сушильную камеру газа-теплоносителя, термообработку и сушку отходов с последующей выгрузкой и затариванием товарного продукта.

Новым в заявленном изобретения является то, что исходные агропромышленные отходы перед их загрузкой в сушильную камеру предварительно репульпируют в воде и/или оборотных растворах, через образующуюся суспензию барботируют воздух, вводят солевые отходы магниевого и/или калийного производства, поверхностно-активные вещества (ПАВ) - гидрофобизирующие добавки, суспензию выдерживают, осветленную жидкую фазу сливают из нижней зоны накопительной емкости в бак-сборник, а частично обезвоженные агропромышленные отходы выгружают из накопительной емкости, например, шнековым питателем и загружают через эжектор в сушильную камеру.

Особенностью предлагаемого технического решения является также то, что в качестве солевых отходов, вводимых в суспензию после репульпации агропромышленных отходов используют отходы процесса обезвоживания карналлита и/или шламы карналлитовых хлораторов, и/или отработанный электролит процесса электролиза магния из карналлитового сырья, и/или некондиционную пылевую мелкодисперсную фракцию процессов дробления и/или гранулировки хлорида калия.

Выбор вышеперечисленных условий осуществления процесса по предлагаемому способу осуществлен на основе результатов промышленных экспериментов на действующем технологическом оборудовании по переработке и утилизации агропромышленных отходов, в частности куриного помета. В результате анализа полученных опытных данных было установлено, что вышеописанная последовательность осуществления действий и операций: репульпация агропромышленных отходов, введение в суспензию и растворение солевых отходов, введение ПАВ - гидрофобизаторов, барботаж сжатого воздуха, выдержка суспензии отстаиванием, разделение жидкой и твердой фаз, слив жидкой воды, выгрузка твердой (влажностью 40-60%) фазы, ее транспортировка к сушильной камере, диспергирование частично обезвоженных (с исходной влажностью 75-85% до 40-60%) агропромышленных отходов - куриного помета в эжекторе, подача газа-теплоносителя в сушильную камеру, термообработка и сушка (до вл. 10-15%) отходов - куриного помета, выгрузка товарного продукта из циклонов и расширительной камеры обеспечивают в совокупности с обязательным соблюдением вышеуказанных условий осуществления процесса решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в снижении удельных энергозатрат на обезвоживание и термообработку и увеличении производительности процесса.

Необходимо при этом отметить, что технический результат по предлагаемому способу достигается лишь при одновременном выполнении всех вышеперечисленных операций, их определенной последовательности и соблюдении всех условий осуществления процесса.

Анализ совокупности признаков заявляемого изобретения и достигаемого при этом технического результата показывает, что между ними существует вполне определенная причинно-следственная связь, выражающаяся в следующем.

Экспериментально установлено, что осуществление процесса переработки предварительно репульпированных в воде и/или оборотных растворах агропромышленных отходов, барботирование (например, через диспергатор) сжатого воздуха, последовательное введение в суспензию и растворение сначала солевых отходов магниевого и/или калийного производства, затем высокомолекулярных ПАВ - гидрофобизирующих добавок, выдержка и отстаивание суспензии приводят к разделению твердой (собственно отходы производства с пониженной влажностью) и жидкой водно-солевой фазы и обеспечивают при прочих равных (с прототипом) условиях значительное (в 2-6 раз) сокращение удельных энергозатрат на переработку отходов в целом.

Анализ уровня техники в отношении совокупности всех существенных признаков заявленного технического решения показывает, что предложенный способ соответствует критерию "новизны".

Проверка соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" в отношении совокупности существенных признаков свидетельствует о том, что предлагаемый способ не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники.

В частности, из известных источников информации (книжной, журнальной и патентной литературы) не вытекает и не следует того факта, что для снижения исходной влажности (до 40-60%) агропромышленных отходов перед их подачей на диспергирование (в эжекторе), сушку и термообработку в сушильной камере и трубе-сушилке необходимо увеличить влажность отходов (с 75-85% до 95-98%) путем их предварительной репульпации в воде и/или оборотных растворах.

Такой казалось бы нелогичный прием ранее нигде не описан и ранее не использовался. Между тем именно этот прием в совокупности с другими операциями по предлагаемому способу приводит, в конечном итоге, к расслоению твердой и жидкой фаз, всплыванию (выносу на поверхность водной фазы) твердой фазы и ее частичному обезвоживанию: с исходной вл. от(80±5%) до (50±10%). Именно благодаря этому резко снижаются удельные энергозатраты на обезвоживание, сушку и термообработку отходов.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, приведены в примере.

ПРИМЕР

Переработку и утилизацию агропромышленных отходов вели на действующем промышленном технологическом оборудовании фабрики по переработке и утилизации отходов птицефабрики - куриного помета с получением товарных продуктов - экологически-чистых (термообработанных и обеззараженных) комплексных удобрений.

Промышленные опыты вели согласно способу-прототипу и в соответствии с предлагаемым изобретением. Во всех опытах использовали куриный помет, взятый из одной сборной емкости, одного птичника с исходной влажностью 80±2%.

По известному способу-прототипу исходный сырой - влажный куриный помет (вл. 80±2%) из накопительной емкости (накопительного бункера) выгружали и загружали в эжекторное устройство для диспергирования исходного куриного помета в объеме сушильной камеры, одновременно из топки в сушильную камеру подавали газ-теплоноситель с начальной температурой 1200-1600°С. Сушку помета производили при скорости подачи в сушильную камеру (U_c) - 50 м/с, и скорость подачи газа-теплоносителя (Ц_г-т) - 25 м/с. Соотношение скоростей подачи в сушильную камеру помета и газа-теплоносителя 2:1. На выходе из трубы-сушилки через разгрузочные устройства - расширительную камеру и циклон готовой продукт (влажность 10±2%) выгружали и затаривали в полиэтиленовые мешки и отправляли потребителям.

В этих условиях удельный расход тепла составил ≈ 9900 кДж/кг сухого (вл. 0%) куриного помета.

По предлагаемому способу исходный куриный помет (вл. 80±2°С), взятый из сборной емкости птичника, тележками завозили на птицефабрику и загружали в приемный накопительный бункер, куда заливали воду в расчете 3 м³ на 1 м³ исходного куриного помета, затем через диспергатор, помещенный в нижнюю зону накопительного бункера, через суспензию барботировали сжатый воздух, затем при непрерывном перемешивании суспензии в накопительный бункер загружали солевые отходы, в качестве которых в различных опытах использовали:

- пылевые отходы процесса обезвоживания карналлита (KCl+MgCl₂·6H₂O);

- шламы карналлитовых хлораторов (KCl+MgCl₂+MgO и небольшие количества NaCl и др.)

- отработанный электролит магниевых электролизеров, работающих на карналлитовом сырье (˜75% KCl+25%Σ MgO, MgCl₂, NaCl и др.)

- пылевую фракцию калийных удобрений, получаемых в результате дробления - гранулирования KCl и последующей классификации (более 95% KCl).

Количество вводимых солевых отходов - 350±50 кг/м³ суспензии.

В этих условиях плотность водной фазы после осветления раствора (и всплытия твердой фазы) составила 1,18±0,02 г/см³.

После растворения солевых отходов в пульпу вводили небольшое количество высокомолекулярных поверхностно-активных веществ (ПАВ) - гидрофобизирующих добавок (до 0,5-2%). Барботирование воздуха через суспензию вели 2 часа. Затем подачу сжатого воздуха прекращали, суспензию выдерживали в бункере без перемешивания, при этом происходило расслоение жидкой (водно-солевой) и твердой (собственно куриный помет, частично обезвоженный) фаз и "всплытие" - накопление твердой фазы на поверхности водно-солевого раствора. Жидкую фазу - осветленный водно-солевой раствор через сифонную трубу сливали в бак-сборник. Влажность куриного помета, находящегося на поверхности уменьшилась: с исходной - 80±2% до 50±2% (на поверхности), что соответствует снижению содержания влаги с 4 кг Н₂O/1 кг сухого (вл. 0,0%) помета до ≈ 1 кг Н₂О/1 кг сухого (0% вл.) помета (0,0 кг Н₂О/1 кг сухой твердой фазы). Удельные энергозатраты на обезвоживание отходов по предлагаемому способу уменьшились в ≈4 раза (в расчете на единицу сухого куриного помета: с 9900 кДж/кг до 2500 кДж/кг или в 5 раз - из расчета на единицу выпускаемой товарной продукции (высушенный и термообработанный куриный помет + KCl, MgCl₂, MgO) - комплексные органо-минеральные удобрения. Соответствующим образом увеличилась производительность всего процесса как по перерабатываемым исходным агропромышленным отходам, так и по выпускаемой товарной продукции.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. В способе исходные агропромышленные отходы перед их загрузкой в сушильную камеру предварительно репульпируют в воде и/или оборотных растворах. Через образующуюся суспензию барботируют сжатый воздух, вводят солевые отходы магниевого и/или калийного производства, поверхностно-активные вещества - гидрофобизирующие добавки. Осветленную жидкую фазу сливают из нижней зоны накопительной емкости в бак-сборник, а частично обезвоженные агропромышленные отходы выгружают из накопительной емкости в предварительно диспергированном в эжекторе состоянии, затем загружают в сушильную камеру. Подают в сушильную камеру газ-теплоноситель, проводят термообработку и сушку отходов с последующей выгрузкой. В качестве солевых отходов используют отходы процесса обезвоживания карналлита, шламы карналлитовых хлораторов, отработанный электролит процесса электролиза магния из карналлитового сырья и некондиционную пылевую фракцию процесса дробления и/или гранулирования хлорида калия. Способ позволяет повысить эффективность переработки агропромышленных отходов и увеличить производительность процесса. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ утилизации агропромышленных отходов, включающий загрузку отходов в сушильную камеру в предварительно диспергированном в эжекторе состоянии, подачу в сушильную камеру газа-теплоносителя, термообработку и сушку отходов с последующей выгрузкой, отличающийся тем, что исходные агропромышленные отходы перед их загрузкой в сушильную камеру предварительно репульпируют в воде и/или оборотных растворах, через образующуюся суспензию барботируют сжатый воздух, вводят солевые отходы магниевого и/или калийного производства, поверхностно-активные вещества - гидрофобизирующие добавки и осветленную жидкую фазу сливают из нижней зоны накопительной емкости в бак-сборник, а частично обезвоженные агропромышленные отходы выгружают из накопительной емкости и загружают через эжектор в сушильную камеру.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве солевых отходов, вводимых в суспензию после репульпации агропромышленных отходов, используют отходы процесса обезвоживания карналлита.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве солевых отходов используют шламы карналлитовых хлораторов.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве солевых отходов используют отработанный электролит процесса электролиза магния из карналлитового сырья.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве солевых отходов используют некондиционную пылевую фракцию процесса дробления и/или гранулирования хлорида калия.