СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АКТИВНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ ИЗ ОТХОДОВ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C05F3/00 

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, а именно к экологически чистой переработке отходов жизнедеятельности, и может быть использована для получения органических удобрений.

К перерабатываемым отходам жизнедеятельности относятся навозы, пометы, жидкие биологические отходы, растительные отходы сельского хозяйства и пищевой промышленности.

Известен способ переработки органических отходов путем их размещения в гурты различного состава с последующим заселением в них микрофлоры, способствующей ускоренному перегниванию органических составляющих отходов (Животноводческие комплексы и охрана окружающей среды, авторы: Ворошилов Ю.И. Дурыбаев С.Д. Ербанова Л.Н. и др. М.: Агропромиздат, 1991 г., с.46-48, рис.8).

Известен способ получения торфяного бактериального удобрения и установка для его осуществления, заключающийся в том, что получают культуральную жидкость путем глубинной ферментации на жидкой питательной среде суюка торфа, смешивают его с мелом, стерилизуют смесь, смешивают с культуральной жидкостью, доводят влажность смеси до 40-55%, расфасовывают и упаковывают полученный продукт в полиэтиленовые мешки и доращивают бактериальные клетки в препарате, при этом стерилизацию смеси торфа с мелом проводят после упаковки ее в мешки, затем шприцеванием вносят культуральную жидкость и заклеивают поврежденные участки упаковки, а доращивание бактериальных клеток в препарате осуществляют в течение 30-60 суток (патент SU №1062201, C05F/08, 22.02.1980).

Вышеуказанные способы, использующие обогащение органических отходов микроорганизмами без их предварительной переработки, имеют идентичные недостатки: за время длительного технологического выдерживания сформированного субстрата происходит большая потеря азота и ароматических аминокислот, в полученном перегное остаются семена многих сорняков, ведущих к засорению полей, в атмосферу выделяются газы.

Известен способ обеззараживания жидких органических отходов животноводства и оборотной воды с помощью электроакустического обеззараживателя (патент RU №2098933, A01C 3/00, C05F 3/06, 07.12.1995). Бактерицидный эффект электроакустического обеззараживателя обеспечивается созданием в среде электроактивационного эффекта и ультразвуковых колебаний.

Получаемые в этом способе электроактивационные и ультразвуковые эффекты недостаточны для глубокой переработки, в результате они имеют существенный недостаток - загазованность рабочих помещений токсичными продуктами разложения перерабатываемых отходов: фосфинами, сероводородом, меркаптанами, аммиаком, а также патогенной микрофлорой.

Известна установка активации процесса, предназначенная для непрерывного режима работы, состоящая из трубы - рабочего пространства, наружного кожуха, индуктора, внутреннего кожуха, уплотнений, фланцев, патрубков, иголок - магнитных доменов, тяг, токовода. (Вершинин Н.П., Вершинин И.Н. Установки активации процессов в промышленности и в сельском хозяйстве. М.: Изд. «Триада-плюс», 2002). В данном случае для активации физико-химических и механико-физических процессов используют принцип бегущего или вращающегося электромагнитного поля.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленной группе изобретений является способ производства гранулированного органоминерального удобрения из органических отходов и установка для его осуществления (патент RU №2135437, C05F 3/00, 05.03.1998).

Способ производства гранулированного органоминерального удобрения из органических отходов заключается в том, что удаляют механические примеси, подают компоненты смеси, перемешивают, измельчают, перемещают, гомогенизируют, обезвоживают и гранулируют, при этом перемешивание, измельчение, гомогенизацию и перемещение органических отходов производят одновременно в одном средстве - электрогидравлической камере путем воздействия на смесь электрическими разрядами, циклически перемещающимися по длине корпуса камеры.

Установка для производства гранулированного органоминерального удобрения из органических отходов включает средства для удаления механических примесей, подачи компонентов смеси, перемешивания, измельчения, перемещения, гомогенизации, обезвоживания и гранулирования, причем средства перемешивания, измельчения, гомогенизации и перемещения выполнены в виде электрогидравлической камеры, в корпусе которой для обеспечения циклического перемещения электрических разрядов по его длине размещен ряд парных электродов, при этом вход камеры сообщен со средством подачи компонентов смеси, а выход - со средствами обезвоживания и гранулирования.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что в известном способе и устройстве обработку всей совокупности отходов производят в электрогидравлической камере, что не позволяет разрушить микрофлору на молекулярном уровне; необходима дальнейшая сушка полученного продукта; полученная масса, не имея в своем составе колоний полезных микроорганизмов - антагонистов, становится зоной активного размножения патогенной флоры; комплекс обеспечивает производство гранулированных органических удобрений, что ограничивает методы его использования в современном сельском хозяйстве; способ не позволяет перевести азотные соединения в биогенную форму и сохранить летучие амины.

Техническим результатом от использования предложенной группы изобретений является комплексная переработка различных по своему составу органических отходов жизнедеятельности с полной их дезинфекцией и переводом азотных, фосфорных и прочих элементов в легко усваиваемые почвообразующими микроорганизмами и корнями растений биогенные формы микроэлементов и аминокислот, что позволяет получить активное органическое удобрение.

Технический результат для способа достигается за счет того, что удаляют механические примеси, производят подачу, перемещение, а также одновременное смешение и гомогенизацию отходов жизнедеятельности, причем поток отходов жизнедеятельности направляют для гомогенизации тангенциально, создавая вращающуюся вихревую среду, получают гомогенизированную суспензию плотностью 1,26-1,3 г/см³, воздействуют на нее энергонасыщенным электромагнитным вращающимся полем с магнитными доменами, которые осуществляют диспергацию отходов жизнедеятельности с разрушением химических и биологических структур на молекулярном уровне, тем самым получают стерильную эмульсию, которую затем разделяют на фракции, при этом органическую фракцию влажностью 85-87% выделяют в самостоятельную питательную среду и вводят в нее добавки в виде штаммов почвообразующих микроорганизмов.

Технический результат для комплекса достигается за счет того, что он состоит из установки очистки отходов жизнедеятельности, установки одновременного смешения и гомогенизации, средств подачи и перемещения масс, причем дополнительно он снабжен установкой активации процесса с магнитными доменами, установкой разделения фракций, смесителем и дозатором добавок, при этом установка одновременного смешения и гомогенизации состоит из емкости не менее 10 м³ и как минимум двух фекальных насосов производительностью не менее 20 м³/ч с патрубками, которые соединены с емкостью гомогенизации тангенциально, установка активации процесса с магнитными доменами соединена с установкой разделения фракций, выход которой соединен со смесителем, который, в свою очередь, соединен с дозатором добавок штаммов почвообразующих микроорганизмов.

В установке активации процесса гомогенизированная суспензия плотностью порядка 1,26-1,3 г/см³ подвергается воздействию энергонасыщенного электромагнитного вращающегося поля с магнитными доменами, при этом происходит полная диспергация органических отходов с разрушением всех химических соединений и биологических структур на молекулярном уровне. Происходит преобразование органических соединений в форму легко усваиваемой питательной среды для штаммов почвообразующих микрооганизмов. Кроме того, за счет действия активной восстановительно-окислительной среды, состоящей из атомов водорода, ионов (OH)^- и озона, дополняемой динамическими воздействиями ударных волн, возникающих от схлопывания кавитационных пузырьков и магнитострикционных импульсов, происходит окисление белков и нарушение клеточных механизмов. В установке активации процесса происходит стерилизация гомогенизированной суспензии, в результате получают эмульсию стерильной массы микроэлементов, легко усваиваемых микроорганизмами и растениями.

Создание кавитационного поля, состоящего из среды, содержащей массу кавитационных пузырьков, происходит от взаимодействия магнитных доменов, вращающихся в переменном электромагнитном поле. При схлопывании пузырьков происходит выделение энергии большой мощности, порядка 436 кДж/моль, и сопутствующая ей ударная волна. Часть кавитационных пузырьков не схлопываются, начинают сокращаться в размерах, этот процесс возникает из-за разности давлений в смежных объемах. При сокращении размеров кавитационных пузырьков процесс сопровождается ультразвуковыми и ультрафиолетовыми излучениями. Кроме описанных явлений в рабочей зоне установки активации процесса действуют мощные ударные волны, создаваемые магнитными доменами в результате их магнитострикции под воздействием изменений направления электромагнитного поля. Энергия импульса, создаваемого магнитным доменом, составляет порядка 15-20 т/мм². Под совокупным воздействием вышеописанных факторов все вещества теряют свои свойства, характерные для нормальных условий, все молекулы химических и биологических соединений разрушаются, создавая на какое-то короткое время облако свободных радикалов. В частности, происходят реакции, невозможные в такое короткое время в привычном понимании без реагентов, при нормальной температуре и давлении. В рабочей зоне установки активации процесса происходит окисление токсичных продуктов гниения: фосфины, сероводород, меркаптаны, аммиак - до фосфорной, сернистой, серной, азотной кислот и их производных, соответственно, по следующим уравнениям:

Полученная эмульсия с высокой степенью диспергации обладает свойствами быстрого разделения на составляющие фракции в течение 20-25 минут, при этом органическая фракция оседает на дно, а чистая вода возвращается на повторное использование.

В осажденную стерильную биогенную массу влажностью 85-87%, сохранившую в своем составе все необходимые для питания почвообразующих микроорганизмов и растений в легко доступной форме микроэлементы и аминокислоты, вводятся добавки в виде различных штаммов почвообразующих микроорганизмов, где они, не имея антагонистов, взрывообразно размножаются и создают устойчивые колонии, предотвращающие возможность размножения патогенных микроорганизмов.

В результате биогенных преобразований и создания устойчивых колоний микроорганизмов получают стерильную эмульсию, которая является активным органическим удобрением.

На Фиг.1 изображена принципиальная схема процесса переработки отходов жизнедеятельности с получением активного органического удобрения.

Комплекс включает в себя установку приема и очистки отходов жизнедеятельности от механических примесей 1, установку одновременного смешения и гомогенизации, состоящую из емкости 2 или 3 и фекальных насосов 4 и 5, насосы подачи суспензии на переработку 6 и 7, установку активации процесса 8, установку разделения фракций 9 или 10, смеситель 11, установку дозирования и ввода различных штаммов почвообразующих микроорганизмов 12.

Способ производства активного органического удобрения из отходов жизнедеятельности и комплекс для его осуществления работают следующим образом. Отходы жизнедеятельности, например куриный помет и жидкие биологические отходы, поступают в установку приема отходов и очистки от механических примесей 1, где происходит отделение посторонних предметов, например, камней, стекла, пластика и пр. Очищенную массу подают в установку одновременного смешения и гомогенизации, состоящую из емкости не менее 10 м³ 2 или 3 и фекальных насосов 4 и 5 производительностью не менее 20 м³/ч. Очищенную массу смешивают с водой и активно перемешивают при помощи фекальных насосов 4 и 5, разбивающих комья помета и земли до мелких фракций, при этом фекальные насосы соединены с емкостью тангенциально, создавая вращающуюся вихревую среду. Затем насосами 6 или 7 суспензию подают в установку активации процесса 8 с непрерывным режимом работы, где на нее воздействует комплекс кавитационных, магнитострикционных и ультразвуковых факторов. Происходит процесс диспергирования на молекулярном уровне, в результате получают тонкодисперсную стерильную эмульсию.

Из устройства активации процесса 8 полученную стерильную эмульсию подают в установку разделения фракций 9 или 10. Органическая фракция оседает на дно. В верхней части установки разделения 9 или 10 остается относительно чистая вода, которую возвращают на начальный этап процесса в емкость смешения и гомогенизации 2 или 3. Для непрерывности процесса переработки установлены две установки смешения и гомогенизации, освобождаемые поочередно.

Органическую фракцию с влажностью 85-87% направляют в смеситель 11, где в нее вводят добавки в виде различных штаммов почвообразующих микроорганизмов из дозатора 12.

Получают активное органическое удобрение в виде стерильной биогенной массы, химический состав которой соответствует требованиям ГОСТа 53117-2008.

Группа изобретений позволяет решить экологические проблемы оперативной утилизации органических отходов жизнедеятельности и получить активные органические удобрения с повышенными возможностями по восстановлению плодородного слоя земли. В результате использования изобретенной технологии на разработанном комплексе оборудования производится экологически чистая переработка отходов без каких-либо фракций, требующих утилизации, и выбросов в атмосферу каких-либо газов. Полный цикл переработки органических отходов жизнедеятельности производится в течение 2-3 часов с момента поступления их на комплекс. Производительность комплекса легко модифицируется за счет модульности построения.

При производстве органических удобрений, полностью отвечающих требованиям агрономии растений, не используются химические минеральные компоненты.

Все вышеперечисленные факторы влияют на достижение поставленной технической задачи.

Изобретения относятся к сельскому хозяйству. Способ производства активного органического удобрения из отходов жизнедеятельности заключается в том, что удаляют механические примеси, производят подачу, перемещение, а также одновременное смешение и гомогенизацию, причем поток отходов жизнедеятельности направляют для смешения и гомогенизации тангенциально, создавая вращающуюся вихревую среду, получают гомогенизированную суспензию плотностью 1,26-1,3 г/см³, воздействуют на нее энергонасыщенным, электромагнитным вращающимся полем с магнитными доменами, которые осуществляют диспергацию отходов жизнедеятельности с разрушением химических и биологических структур на молекулярном уровне, тем самым получают стерильную эмульсию, которую затем разделяют на фракции, при этом органическую фракцию влажностью 85-87% выделяют в самостоятельную питательную среду и вводят в нее добавки в виде штаммов почвообразующих микроорганизмов. Комплекс для производства активного органического удобрения из отходов жизнедеятельности включает установку очистки отходов жизнедеятельности, установку одновременного смешения и гомогенизации, средств подачи и перемещения масс, причем он дополнительно снабжен установкой активации процесса с магнитными доменами, установкой разделения фракций, смесителем и дозатором добавок. Изобретения позволяют перевести азотные, фосфорные и прочие элементы в биогенные формы микроэлементов и аминокислот, что позволяет получить активное органическое удобрение. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ производства активного органического удобрения из отходов жизнедеятельности, заключающийся в том, что удаляют механические примеси, производят подачу, перемещение, а также одновременное смешение и гомогенизацию, отличающийся тем, что поток отходов жизнедеятельности направляют для смешения и гомогенизации тангенциально, создавая вращающуюся вихревую среду, получают гомогенизированную суспензию плотностью 1,26-1,3 г/см³, воздействуют на нее энергонасыщенным электромагнитным вращающимся полем с магнитными доменами, которые осуществляют диспергацию отходов жизнедеятельности с разрушением химических и биологических структур на молекулярном уровне, тем самым получают стерильную эмульсию, которую затем разделяют на фракции, при этом органическую фракцию влажностью 85-87% выделяют в самостоятельную питательную среду и вводят в нее добавки в виде штаммов почвообразующих микроорганизмов.

2. Комплекс для производства активного органического удобрения из отходов жизнедеятельности, включающий установку очистки отходов жизнедеятельности, установку одновременного смешения и гомогенизации, средств подачи и перемещения масс, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен установкой активации процесса с магнитными доменами, установкой разделения фракций, смесителем и дозатором добавок, при этом установка одновременного смешения и гомогенизации состоит из емкости не менее 10 м³ и как минимум двух фекальных насосов производительностью не менее 20 м³/ч с патрубками, которые соединены с емкостью гомогенизации тангенциально, установка активации процесса с магнитными доменами соединена с установкой разделения фракций, выход которой соединен со смесителем, который, в свою очередь, соединен с дозатором добавок.