Способ получения органоминерального удобрения на основе куриного помета и устройство для его реализации Российский патент 2020 года по МПК C05F3/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для производства удобрения на основе куриного помета.

Проблема производства органоминеральных удобрений на основе куриного помета актуальна, поскольку с основным сырьем для данного производства особых проблем нет – выход куриного помета в отрасли птицеводства на территории СНГ составляет порядка 60 млн тонн в год и, кроме того, куриный помет содержит микроэлементы и питательные вещества в усвояемых растениями соединениях.

Птичий помет считается одним из самых ценных органических удобрений. Химический состав этой подкормки богат питательными веществами. В ней содержится азот, фосфор, калий и магний, причем концентрация этих полезных веществ выше в 3–4 раза, чем в других натуральных удобрениях животного происхождения. В среднем уровень азота в необработанном курином помете (в пересчёте на сухое вещество) составляет 6–8 % процентов, уровень фосфора – 3–5 %, а уровень калия – 3–5 % и зависит от условий содержания птицы и ее породы.

На урожай птичий помет, в частности куриный, действует почти так же, как комплексные минеральные подкормки. Он обладает ярко выраженным последействием в течение 2–3 лет после внесения. Это объясняется тем, что полезные вещества из птичьего помета высвобождаются постепенно. Органические удобрения повышают содержание гумуса в почве. Органическое вещество оказывает влияние на доступность фосфора. В результате связывания железа и алюминия органическим веществом уменьшаются процессы осаждения нерастворимых фосфорных соединений.

Многие питательные вещества свежего помета находятся в трудно усвояемой для растений форме и только под влиянием воздействия различных факторов: биологических, микробиологических, физических, химических и других ― могут превращаться в более доступные формы. В свежем помете могут содержаться значительное количество семян сорняков, яйца гельминтов, возбудители инфекционных заболеваний. Кроме того, свежий помет является хорошей питательной средой для развития такой патогенной микрофлоры.

Утилизация помета происходит путем открытого складирования на полигонах хранения и переработки. Первый способ требует длительного времени, масштабных капитальных сооружений и существенных затрат на складирование/перевалку.

Переработка помета, как правило, осуществляется такими методами, как компостирование, вермикомпостирование, термическое обезвреживание (гидролиз) и механическая сушка. Также применяют биоэнергетический способ, при котором вырабатывается биогаз.

Известны способы получения органоминерального удобрения на основе куриного помета, включающие добавление к куриному помету значительного количества различных компонентов на основе кальциевых солей, азотосодержащих органических кислот и гидрата окиси кальция в определенном соотношении компонентов, вещества, поглощающего влагу и связывающего азотсодержащие кислоты.

Так, в соответствии с патентом РФ № 2191764 «Органоминеральное удобрение и способ его изготовления» к 10 весовым частям свежего птичьего помета добавляют от 10 до 5 весовых частей молотой негашёной извести. Компоненты перемешивают в течение 20–40 мин, а в течение последних 10–20 мин операции перемешивания компонентов удобрение разогревают до температуры от 80 до 120 °С. Технический результат – утилизация отходов птицеводства, регулирование кислотно-щелочного режима почвы.

Известен состав по патенту РФ № 2026271 на изобретение «Состав для производства органоминерального удобрения» для производства органоминерального удобрения который содержит, мас.ч.: куриный помет 1,0–1,5; известь 0,1–0,4; торф 0,3–0,8. Удобрение из предлагаемого состава получают в виде гранул, обладающих высокой прочностью. Особенностью является добавление торфа как влагопоглощающего материала (адсорбента). Сам по себе торф не обладает высоким удобрительным эффектом, и его до настоящего времени применяют лишь при компостировании, которое благодаря воздействию микрофлоры и ингредиентов помета при высоких температурах (60 °С) обеспечивает разрушение в торфе устойчивых органических соединений, устранение излишней кислотности и увеличение подвижности азота, фосфора, калия и других элементов питания, содержащихся в нем.

Можно предположить, что использование в качестве адсорбента торфа в составе, предназначенном для производства гранулированного удобрения, может привести к снижению ценности удобрения.

Известен способ производства гранулированных органоминеральных удобрений из органических отходов и устройство для его осуществления по патенту РФ № 2458027, опубликованному 10.08.2012, включающий подачу компонентов смеси, удаление механических примесей, перемешивание с добавлением минеральных компонентов, измельчение, обеззараживание, гомогенизацию, гранулирование и сушку. Причем измельчение, обеззараживание, гомогенизацию и гранулирование проводят одновременно на обогреваемых вальцах непрерывного действия с пропусканием перерабатываемой массы через формующие кольца вальцов и резкой на гранулы, а сушку проводят в обогреваемой вакуумной сушилке непрерывного действия в вакуумно-импульсных режимах.

Использование вакуумно-импульсной сушки не позволяет перерабатывать помет поточно в промышленных объемах, а большой процент вносимых в помет добавок, транспортировка и их стоимость делают такой способ переработки экономически нерентабельным.

Наиболее близким к заявляемому способу является изобретение по патенту Франции № FR2829488 «Способ приготовления органоминерального удобрения из экскрементов животных и сточных вод животноводства», включающий добавление оксида кальция (5-50 %) (окись кальция, негашёная известь) к полутвердому веществу, содержащему куриный помет, утиную суспензию, экскременты крупного рогатого скота, куриный помет, солому, стружку, кору или остатки вина и инициирование экзотермической реакции. Смесь перемешивается в миксере, в результате чего производится механическое разжижение продукта – образование однородной смеси путем вращения смеси в цилиндрической смесительной камере. Оксид кальция вводится в смеситель и дозируется либо взвешиванием для прерывистых операций, либо путем подачи с помощью дозирующего шнека, обеспечивающего непрерывность работы. В смесь добавляется жидкость (вода, жидкие растворы и добавки), которая подается из резервуаров с помощью дозирующих насосов и форсунок. После выхода из смесителя продукт поступает в бункер, из него – на конвейер или наклонный шнек, отводящий продукт в места его сушки и хранения. Устройство для его реализации включает устройство подачи извести и помета в смеситель, связанный с резервуаром для подачи жидких добавок, на выходе резервуара расположен конвейер, направляющий полученный продукт в бункер для его сушки и хранения.

Результат, достигаемый предложенным способом, состоит в получении однородной смеси, в ее бактериологическом очищении и, в частности, в уничтожении личинок, содержащихся в помете животных, с целью получения кальцийорганической добавки или органоминерального удобрения.

Устройство позволяет реализовать способ получения органоминерального удобрения.

Однако полученный продукт не обладает необходимыми качественными характеристиками, нужной кислотностью рН субстрата, определяющей его качество как удобрения. При его реализации требуется использование балластных веществ, таких как солома, стружка, добавление в смесь воды и последующая ее сушка, инициирование термической реакции – все это усложняет производство органоминерального удобрения и не позволяет получать его заранее определенного качества из-за неустановленных критериев его составляющих.

С целью получения органоминерального удобрения соответствующего качества при упрощенном его производстве заявителем предложен способ производства органоминерального удобрения из куриного помета. Принципиальное отличие заявляемых способа и устройства от ныне практикуемых методов переработки заключается в гораздо более коротком по времени цикле переработки, низких энергозатратах на переработку, простых составляющих, исключительной простоте и дешевизне необходимого оборудования, более высоких органолептических качествах получаемой продукции, содержащей такой важный элемент питания почвы и почвенных обменных процессов, как кальций, повышении содержания до 50 % органического вещества как наиболее ценной составляющей органоминеральных удобрений по сравнению с содержанием порядка 30 % в существующих на практике процессах переработки, полном отсутствии стойкого запаха куриного помёта в конечном продукте (в отличие от других технологий) и в выработке (в качестве побочного продукта цикла переработки) аммиачной воды – традиционного азотного удобрения. Также полученная влажность субстрата и его физические характеристики позволяют гранулировать его на любых стандартных плоскоматричных и барабанных пресс-грануляторах, что также гораздо экономичнее, чем ныне существующие способы.

Способ и устройство позволяют:

− получать безопасное органическое удобрение на основе птичьего помета, соответствующее по наличию питательных веществ ГОСТ Р 53117-2008, ГОСТ 26715, ГОСТ 26717, ГОСТ 26718 при отсутствии патогенной микрофлоры, сальмонеллы, личинок и куколок гельминтов и насекомых;

− использовать доступную, практически бесплатную сырьевую базу;

− организовать высокорентабельные производства востребованных органических удобрений;

− ограничиться использованием доступных и набольших количеств расходных материалов, что делает предлагаемый способ наиболее экономически оправданным;

− получить удобрение с содержанием органического вещества порядка 50% в пересчёте на сухое вещество;

− сохранить высокие показатели содержания основных элементов питания (N:P:K до 3:2:2 в пересчёте на сухое вещество в зависимости от показателей исходного сырья);

− получать аммиачную воду как побочный продукт всего процесса.

Суть заявляемого способа приготовления органоминерального удобрения стоит в том, что в бесподстилочный птичий помёт, который на выходе с птицефабрики имеет влажность 50–55 %, вводится быстрогасящаяся негашёная известь в пропорции 15–25 % от веса птичьего помета. Смесь перемешивается в течение 45–60 минут при 15–30 оборотах в минуту и аэрируется воздухом. Выделяемая аммиачно-воздушная смесь отводится через водяную ловушку, состоящую из отводящего насоса и бака с водой. Полученная органоминеральная смесь выдерживается в течение 0,5–2,5 часов до достижения показателя рН 6,0–8,5, после чего подается на устройство гранулирования (гранулятор) удобрения.

Известь в процессе гашения химически связывает воду в помёте и освобождает гидратированный аммиак. В процессе реакции температура полученного субстрата повышается до 85–95 °С, субстрат становится рыхлым и однородным, затем в течение 0,5–2,5 часов перемешанный субстрат выдерживается. Под воздействием высокой температуры и паров аммиака удобрение полностью дезодорируется, при этом погибает вся возможная патогенная микрофлора и паразиты, уровень Рн снижается до показателей допуска для удобрений, в частности кислотность рН достигает уровня 6,0–8,5. Как показали результаты исследований ФГБУ Центр агрохимической службы «Свердловский» и Испытательной лаборатории ГБУ Свердловской области «Свердловская областная ветеринарная лаборатория», все показатели субстрата отвечают требованием ГОСТ Р 53117-2008 для удобрений на основе птичьего помёта. Так, в результате испытаний было установлено, что в полученном удобрении полностью отсутствую яйца и личинки гельминтов, цисты (оцисты) кишечных патогенных простейших. Микробиологические и санитарно-зоогигиенические показатели соответствуют ГОСТ 33379-2015. Показатель активности водородных ионов рН равен 6,4 %, что соответствует ГОСТ 27979-88. Массовая доля аммонийного азота на сухое вещество равна 0,89 % (ГОСТ 26716-85). Массовая доля азота общего на сухое вещество составляет 2,73 (ГОСТ 26715-85). Массовая доля фосфора общего в пересчете на Р₂О₅ составляет 2,19 % (ГОСТ 26717-85). Массовая доля калия общего в пересчете на К₂О – 0,94 % (ГОСТ 26718-85). Массовая доля влаги составляет 34,9 % (ГОСТ 26713-85). Массовая доля органического вещества – 51,2 % (ГОСТ 27980-88). Массовая доля кислорастворимых форм тяжелых металлов в мг/кГ (РД 52.18.191-89) составляет: свинец – 4,74; кадмий – 0,2; мышьяк – 1,98; ртуть – 0,016.

В качестве примера реализации способа может быть представлен способ приготовления органоминерального удобрения, включающий добавление в 100 кг безподстилочного свежего птичьего помета от кур-несушек влажностью от 52 % 20 кг негашеной извести, что составляет 20 % от веса птичьего помета. Смесь помешивают в бункере-реакторе с валами перемешивания (роторная мешалка) в течение 50 минут при скорости перемешивания, составляющей 15 об/мин. Смесь аэрируют путем подачи с помощью подающего насоса атмосферного воздуха. Выделяемая из органоминерального удобрения аммиачно-воздушная смесь отводится с помощью отводящего насоса через бак с водой. Органоминеральная смесь выдерживается в течение 0,5–2,5 часов до достижения показателя рН 6,0–8,5, после чего направляется в узел фасовки, включающий гранулятор.

Способ может быть реализован с помощью предлагаемого устройства, представленного на чертеже, где:

1 – стационарный бункер смешивания с весовыми дозаторами на тензодатчиках;

2 – мобильный бункер смешивания на автомобильном шасси идентичный бетономешалке;

3 – шнековый транспортер;

4 – бункер-реактор с валами перемешивания и подачи (роторная мешалка);

5 – насос, подающий воздух;

6 – отводящий насос;

7 – бак с водой;

8 – ввод для подачи воды;

9 – устройство отбора насыщенной аммиаком воды;

10 – гранулятор;

11 – узел фасовки.

Способ реализуется следующим образом. В бункер-реактор 4 с валами перемешивания и подачи (роторная мешалка) через стационарный бункер 1 с весовыми дозаторами на тензодатчиках через транспортер 3 или через мобильный бункер смешивания 2 на автомобильном шасси подается свежий куриный помет влажностью от 50–55 % вместе с негашеной известью. Кроме того, в бункер-реактор 4 через узел подачи воздуха (насос типа ВВН с производительностью по воздуху из расчёта 0,02 куб.м/сек на 1 тн субстрата, находящегося в бункере-реакторе) 4 подается воздух, аэрирующий перемешиваемую смесь куриного помета с известью. Включение в работу аэробных микроорганизмов исключает появление стойкого зловония. Аэробное брожение протекает без характерного запаха, что определяется несколько другим составом веществ, образующихся из органики. Вырабатывается вода, углекислый газ и аммиачные соединения, характеризуемые как нелетучие. Бункер-реактор 4 через отводящий насос 6 связан с баком с водой 7, связанным с устройством подачи воды и устройством отбора насыщенной аммиаком воды 9, которая может быть использована как удобрение. Обработанная смесь подается из бункера-реактора в гранулятор 10 (типа ОГМ-1.5, производительностью 1,2–1,5 тонны в час тонн в час из расчёта 1/5 от вместительности бункера-реактора), после чего гранулированная смесь с помощью ленточного транспортера подается на устройство фасовки 11. Во время приготовления органоминерального удобрения процесс контролируется оператором с помощью контрольно-измерительных устройств в автоматическом или ручном режиме.

Устройство приготовления органоминерального удобрения включает бункер-реактор 4 с валами перемешивания, связанный через приёмо-передаточный элемент с мобильным бункером смешивания 2 на автомобильном шасси, в качестве которого может быть использована стандартная бетономешалка, подающими смесь помета с известью в бункер-реактор. Указанная смесь помета с известью может подаваться в бункер-реактор через стационарный бункер смешивания (1) с весовыми дозаторами на тензодатчиках с помощью шнекового транспортера 3. Бункер-реактор 4 соединен с насосом 5, подающим в него воздух, а также с насосом 6, отводящим газо-воздушную смесь в бак 7 с водой, имеющим ввод 8 для подачи воды, а в его верхней части – устройство 9 для отбора насыщенной аммиаком воды. Бункер-реактор 4 последовательно соединен с гранулятором 10 и через передающее устройство (ленточный транспортер) – с узлом фасовки 11.

Изобретение может быть реализовано в условиях развивающейся отрасли сельского хозяйства – птицеводства.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для производства удобрения на основе куриного помета. Способ приготовления органоминерального удобрения включает введение в бесподстилочный свежий куриный помет влажностью от 50 до 55 % негашеной извести в пропорции 15–25 % от веса птичьего помета при помешивании в течение 45–60 мин при 15–30 об/мин. Осуществляют его аэрацию, отведение аммиачно-воздушной смеси и выдерживание смеси в течение 0,5–2,5 ч до достижения показателя рН 6,0–8,5. Способ реализуется с помощью устройства для приготовления органоминерального удобрения, включающего бункер-реактор с валами для перемешивания и подачи, соединенный через шнековый транспортер со стационарным бункером смешивания и/или с мобильным бункером. Бункер-реактор связан с устройством подачи воздуха и устройством отвода газовоздушной смеси, поступающей в емкость с водой, в верхней части которой находится узел отбора насыщенной газами воды, включающими аммиак. Емкость с водой соединена с устройством подачи в нее воды, а бункер-реактор соединен с гранулятором, связанным с узлом фасовки. Техническим результатом является сокращение процесса переработки птичьего помета с получением органического удобрения высокого качества и аммиачной воды, используемой в качестве азотного удобрения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ приготовления органоминерального удобрения, включающий введение в бесподстилочный свежий куриный помет влажностью от 50 до 55 % негашеной извести в пропорции 15–25 % от веса куриного помета при помешивании в течение 45–60 мин при 15–30 об/мин, его аэрации, отведении аммиачно-воздушной смеси и выдерживании смеси в течение 0,5–2,5 ч до достижения показателя рН 6,0–8,5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученное органоминеральное удобрение гранулируют.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аммиачно-воздушную смесь отводят через водяную систему.

4. Устройство для приготовления органоминерального удобрения, включающее бункер-реактор с валами для перемешивания и подачи, соединенный через шнековый транспортер со стационарным бункером смешивания и/или с мобильным бункером, при этом бункер-реактор связан с устройством подачи воздуха и устройством отвода газовоздушной смеси, поступающей в емкость с водой, в верхней части которой находится узел отбора воды, насыщенной газами, включающими аммиак, емкость с водой соединена с устройством подачи в нее воды, а бункер-реактор соединен с гранулятором, связанным с узлом фасовки.