СПОСОБ ПОТОЧНОЙ КРУГЛОГОДИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА Российский патент 2022 года по МПК C05F3/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к переработке отходов птицеводческих предприятий в виде птичьего помета и может быть использовано в любой климатической зоне для промышленного круглогодичного получения готовых безопасных органических удобрений в день образования таких отходов.

Птицефабрики являются источником поступления в природную среду огромного количества токсичных отходов, основным из которых является птичий помет, относящийся к опасным, подлежащим обязательной утилизации.

Лежалый помет выделяет ядовитые газы – сероводород, аммиак, метан; содержит опасные для человека нитраты, сульфиды, соли тяжелых металлов, радионуклиды, антибиотики, пестициды, а также яйца гельминтов, кишечную палочку, сальмонеллу, споры вредоносных растений. Кроме того, помет является источником зловонных запахов, и размножения мух. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), помет и сточные воды птицеводческих предприятий могут быть фактором передачи более 100 возбудителей инфекционных и инвазионных болезней.

Одной из причин возникновения экологической опасности, является открытое хранение помета и попытки его запахивания в почву.

При длительном хранении помёта на грунтовых площадках происходит загрязнение почвы, грунтовых и поверхностных вод. В поверхностном слое почвы таких площадей по высоте 0,4 м содержится до 4950 кг/га минерального азота, в том числе 2500 кг/га нитратного, что в 17 раз выше по сравнению с незагрязнённой почвой.

В грунтовых водах на площадках хранения птичьего помета, где накапливаются атмосферные осадки, содержание (мл/л) нитратного азота превышает содержание его в дренажных водах с поля в 2 раза, аммиачного азота - в 8 раз, фосфора - в 11 раз, калия — в 10 раз. Эрозия почв, смыв удобрений и органических отходов приводят к сильнейшему загрязнению рек и озер.

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

Птичий помет считается одним из самых ценных органических удобрений. Его химический состав богат природными минеральными питательными веществами. В ней содержится азот, калий, фосфор и магний, причем концентрация этих полезных веществ выше в 3-4 раза, чем в других натуральных удобрениях животного происхождения.

На урожайность растений куриный помет 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.

Известен способ вермикультивирования куриного помета по патенту РФ №2587549, опубликованному 20.06.2016г., включающий смешение куриного помета с соломой, известью и водой с последующей ферментацией полученного субстрата, а затем его переработкой с использованием червей, причем в субстрат добавляют водный раствор поверхностно-активных веществ.

Недостаток: продолжительное время переработки.

Известен ускоренный способ микробиологической переработки птичьего помета, включающий внесение микробной культуры Pseudomonas sp.114, депонированной в ВКПМ под №В-5060 в птичий помет, перемешивание. Через 5 суток вносят микробную культуру Azotobacter chroococcum В 35, депонированную в ВКПМ под №В-6010, и вновь перемешивают. Титр вносимых микробных культур составляет для Pseudomonas sp. 114 - 108 кл/мл и для Azotobacter chroococcum В 35 - 108 кл/мл. Объемное соотношение вносимых культур 2:1, соответственно из расчета 45 мл на 1 кг птичьего помета, при бесподстилочном содержании птицы. При подстилочном содержании птицы, Pseudomonas sp. 114 и Azotobacter chroococcum В 35, взятые в отношении 2:1, вносят в количестве 15 мл на 1 кг помета. Перед внесением микробных культур, каждую из них разбавляют водой в соотношении 1:2 соответственно. Микробиологическую переработку птичьего помета осуществляют в течение 15 суток.

Предложенное решение требует затрат на поддержание положительных температур и делает их невозможными при поточной переработке больших, промышленных объемов отходов.

Известен способ производства гранулированных органо-минеральных удобрений из органических отходов и устройство для его осуществления по патенту РФ №2458027, опубликованному 10.08.2012г., предлагающему 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.

Изобретение позволяет сократить время проведения технологического цикла получения гранулированных органоминеральных удобрений при одновременном повышении эксплуатационных свойств полученных гранул.

Однако известное техническое решение обладает рядом недостатков.

Вносимые минеральные добавки и их количество не могут полностью уничтожить резкий запах помета за короткое время, а вакуумно-импульсный способ не позволяет перерабатывать помет поточно, в промышленных объемах.

Известен способ переработки птичьего помета (международная заявка WO9706121, опубл. 20.02.1997г.) с устранением запаха и получением удобрения с использованием фильтрующего материала на основе натуральной глины (бентонит, монтмориллонит, отработанная земля, диатомит или другие). 50-95% помета смешивается с 5-50% абсорбента. При этом осуществляют смешивание помета и фильтрующего материала глины в смесителе до состояния, когда отдельные волокна или зерна помета не будут полностью покрыты глиной фильтрующего материала. Смесь помета и фильтрующего материала переносится в гранулятор или экструдер. При этом смесь помета и фильтрующего материала подвергается нагреву и воздействию давления, чтобы отогнать избыток влаги с образованием гранул удобрения.

Недостатки: большой процент вносимого в помет количества добавок, транспортировка и стоимость которых, делает такой способ переработки экономически нерентабельным.

Известен способ переработки птичьего помета (патент РФ №2647918), включающий смешивание птичьего помета с сорбентом на основе алюмосиликата, сушку полученной смеси с последующим гранулированием. К 95-97 % массы птичьего помета добавляют 1,5 – 3% алюмосиликата – глауконита, 1 – 2% гашеной извести и перемешивают. Измельчение и сушку осуществляют в двухступенчатом блоке при температуре 150-200°C. При этом в первом блоке осуществляется основная сушка, во втором – досушивание до влажности 15-20%, с последующим отделением твердой фракции от газообразной в циклонных аппаратах (принят за прототип).

Способ позволяет осуществить быстрое дезодорирование и обеззараживание птичьего помета с поточной переработкой в готовое безопасное органическое удобрение. Однако, в этом способе, после сушки и измельчения, сухое порошкообразное сырье становится абразивом для фильер матрицы гранулятора, приводящее к частой ее замене, а пух и перья, не измельчаясь, находятся во взвешенном состоянии, забивая воздушную магистраль. Также способ включает использование колонны охлаждения, усложняющей технологический процесс.

Задачей настоящего технического решения является разработка способа промышленной круглогодичной переработки птичьего помета в день его происхождения, упрощение процесса и предотвращение быстрого износа оборудования.

Техническим результатом заявляемого технического решения является быстрая поточная круглогодичная переработка птичьего помета в день его происхождения, упрощение технологического процесса переработки при сохранении качественных характеристик продукции, предотвращение быстрого износа оборудования, уменьшение энерго- и временных затрат, повышение производительности, снижение себестоимости готовой продукции.

Технический результат достигается применением природных сорбентов на основе алюмосиликата – глауконита и гашеной извести, позволяющих за 10 минут купировать запах разложения; предварительным измельчением влажного помета до однородной массы и его таблетированием в формирователе, сушкой в течении 10 минут вихревым способом при температуре 200°C во взвешенном состоянии, досыханием и охлаждением готовой продукции на ленточном транспортере. Таблетированное сырье по сравнению с гранулированным, имеет кратно меньший вес, позволяющий его сушить во взвешенном состоянии со значительно большей скоростью, что приводит к увеличению энергоэффективности производства.

Действующим веществом сорбента является алюмосиликат – глауконит, благодаря строго калиброванному размеру пор которого, он способен проявлять сорбционные свойства только по отношению к ионам макро- и микроэлементов и органическим соединениям с небольшими размерами молекул (метан, сероводород, аммиак и др.), не вступая в прямое взаимодействие со сложными органическими соединениями (белки, аминокислоты, углеводы, жиры, витамины и др.), что и делает данный быстрый способ переработки птичьего помета возможным. Кроме того, глауконит, обладая выдающейся сорбционной способностью удержания вредных веществ до 6 единиц на 1 единицу собственного веса и низкой десорбцией, надежно удерживая вредные вещества, такие как: тяжелые металлы, диоксины, нитраты, радионуклиды, опасные органические соединения, предотвращает вторичное загрязнение, блокирует поступление токсинов к растениям и далее к животным и человеку.

Второе действующее вещество, сухой гидроксид кальция или гашеная известь, применяемая для производства известковых удобрений, является нейтрализатором кислотности почв и используется для борьбы с болезнями растений. Гидроксид кальция является известным детоксикантом и дезинфектором, используемым в антимикробных и антигрибковых консервантах и как натуральная альтернатива химикатам в борьбе с жуками, блохами, клещами и их личинками, любой патогенной микрофлорой. В отличие от способов переработки помета, предлагающих использование оксида кальция (негашеная известь), в реакции с влажными средами приводящего к бурному выделению взрывоопасного аммиачного газа, сухой гидроксид кальция лишен этого недостатка. Эти свойства гашеной извести, в сочетании с сорбционными свойствами глауконита и термической сушкой, позволяют добиться прекращения восстановления процессов разложения органических веществ в получаемом готовом удобрении, а значит появляется возможность его безопасного хранения и доставки.

В подготовленном таким образом сырье, после сушки при рабочей температуре 200°C, уничтожается вся патогенная микрофлора – источник выделения зловонных газов. Процесс сушки длится 10 минут.

Были проведены экспериментальные исследования подстилочного материала с включениями куриного помета и добавлением сорбентов в микробиологической лаборатории птицефабрики ООО «Челны-Бройлер», г. Набережные Челны:

1. К 97 г куриного помета добавили 1,5 г алюмосиликата. После перемешивания в течение 10 минут исчез резкий едкий запах.

2. Затем добавили 1,5 г гидроксида кальция, после чего полученное сырье сушили при температуре 200°C в течение 10 минут.

Микробиологическое исследование образца после сушки показало отсутствие патогенной микрофлоры.

В условиях лаборатории были проведены измерения концентраций загрязняющих веществ в воздухе:

- над влажным куриным пометом;

- над смесью 97 % мас. влажного куриного помета и 3% мас. сорбента (из них алюмосиликат – 1,5 г., гидроксид кальция – 1,5 г.);

- над смесью 97 % мас. куриного помета и 3% мас. сорбента (из них алюмосиликат – 1,5 г., гидроксид кальция – 1,5 г.) после сушки на электрической плите.

Испытания были проведены на спектрофотометре UNIKO 1201.

В таблице 1 представлены полученные в ходе испытаний результаты измерений:

Таблица 1

Наименование загрязняющего вещества Концентрация загрязняющего вещества, мг/м³ при н.у. 1. Отбор проб воздуха из контейнера над куриным пометом Аммиак NH3 48 Фенол C₆H₆O 0,34 Сероводород Н₂S 0,25 2. Отбор проб воздуха из контейнера над смесью из куриного помета и сорбента Аммиак NH3 3,8 Фенол C₆H₆O 0,05 Сероводород Н₂S Ниже предела обнаружения <0,05 3. Отбор проб воздуха из контейнера над смесью из куриного помета и сорбента, после термической обработки на электрической плите (для удаления влаги) Аммиак NH3 3,1 Фенол C₆H₆O 0,039 Сероводород Н₂S Ниже предела обнаружения <0,05

Проведены лабораторные и производственные испытания предлагаемого способа переработки. Получены результаты, подтверждающие действенность данной технологии и положительное экспертное заключение ФГБОУ ВО «Чувашского государственного университета им. И.Н.Ульянова» по результатам научно-технической и производственно-технологической экспертизы. Промышленное внедрение осуществляется в пилотном проекте ООО «Завод органических удобрений», организующем указанное производство на сырьевой базе птицефабрики Агрохолдинга «Юрма» в г.Чебоксары Чувашской Республики, производительностью переработки 200 тонн птичьего помета в сутки.

Осуществление изобретения.

Сырьем в технологическом процессе является птичий помет влажностью до 70-80% и добавка в виде смеси минеральных сорбентов в следующем соотношении:

Птичий помет – 92 - 97 % от массы сырья;

Алюмосиликат - глауконит – 1,5 - 5 % от массы сырья;

Сухой гидроксид кальция - гашеная известь – 1,5- 3 % от массы сырья.

Сырье перерабатывается в безопасное органическое удобрение в технологической линии, включающей следующие устройства:

1. Накопители сорбентов;

2. Двухвальный приемный бункер-смеситель;

3. Транспортер ленточный;

4. Магнитные металлоуловители;

5. Бункер накопитель подготовленного для сушки сырья;

6. Формирователь;

7. Колонна сушки;

8. Циклоны разделения воздуха и гранул;

9. Транспортер ленточный;

10. Бункер-накопитель готового, гранулированного продукта;

11. Фасовочная машина с весами;

12. Ленточный транспортер наполненных биг-бегов.

Сорбенты доставляются грузовым автотранспортом и перекачиваются вакуумным насосом в накопители, позволяющие хранить и использовать двухнедельный запас сорбентов. Накопители оборудованы дозаторами для подачи сорбентов в бункер-смеситель для соединения и перемешивания с пометом.

Помет доставляется автосамосвалами и выгружается в бункер-смеситель вместительностью 20 м3, оборудованный двухвальным смесителем. Туда же, поступает смесь сорбентов в количестве до 8% от общей массы помета и перемешивается в течение 10 минут.

Сорбенты выполняют функцию быстрого уничтожения едкого запаха, нейтрализуя пары метана, сероводорода и аммиака, что при дальнейшей термической сушке предотвращает его распространение через паровую трубу.

Далее, готовая смесь по ленточному транспортеру, оборудованному магнитными уловителями для удаления посторонних включений, доставляется в бункер-накопитель готового к переработке сырья, а оттуда в формирователь.

В связи с тем, что птица в процессе роста многократно сбрасывает пух и перо, попадающие в помет, в формирователе гранул предусмотрена система измельчения сырья до однородной, пастообразной массы. Формирователь оборудован винтовым шнеком, на оси которого, чередуясь расположены шесть подвижных и шесть неподвижных дисковых ножей с разными, уменьшающимися по размеру фильерами, что позволяет измельчить не только помет, но и пух, перо и другие мелкие включения, содержащиеся в помете, до однородной массы. Носовая часть формирователя имеет конусность, сжимающую и уплотняющую перемещаемое к выходу на сушку измельчённое сырьё.

Затем шнеком через фильеры матрицы формирователя, диаметром 6,5 мм и следующим за ней ножом, отсекающим гранулы в виде таблеток с заданной высотой, сформированные гранулы подаются на термообработку в сушильную колонну. Гранулы сушатся во взвешенном состоянии, вихревым способом, при скорости горячего воздуха 20 м/сек и объеме 18000 м3/час. В колонне сушки гранулы размером 6,5 мм соединяются с горячим воздухом температурой 200°C, подхватываясь теплоносителем, вращаются в колонне сушки, высыхая за 10 минут до влажности 12% и 6 мм в диаметре.

Теплогенератор, создающий поток горячего воздуха, оборудован газовой горелкой, камерой дожига, искрогасителем и теплообменником.

Высохшие частицы в колонне сушки поднимаются вверх и с потоком воздуха попадают в блок циклонов, где идет разделение гранул и воздуха. В циклонах готовые гранулы осаждаются на ленточный транспортер, досушиваются естественным образом потоком воздуха и доставляются на фасовку.

После термического воздействия и полного уничтожения патогенной микрофлоры, продукт переходит в 5 класс опасности отходов «Практически не опасные» для человека и окружающей природной среды.

Насыпная плотность конечного продукта составляет 650-700 кг/м³.

Полный цикл переработки каждой партии сырья занимает не более одного часа.

Производительность созданного типового оборудования, заявляемого технологического процесса по переработке куриного помета в готовое органическое удобрение, составляет до 300 тонн в сутки.

Преимущества заявляемого изобретения:

- Предлагаемый способ позволяет уйти от многодневной подготовки сырья к переработке с использованием активных бактерий, круглогодично перерабатывать весь помет, поступающий с птицефабрик, полностью отказаться от полигонов хранения и накопления его на полях.

- Возможность осуществления процесса переработки при температурах атмосферного воздуха от -35 до +35°C.

- В процессе переработки купируется едкий запах разложения органики.

- Исключение из технологической цепочки классического гранулятора, рабочие части которого имеют немалую стоимость и небольшой ресурс.

- Применение в технологической линии переработки формирователя, позволяющего в одном устройстве совместить измельчение влажного сырья и формирование из него таблетированных гранул, в отличие от традиционного способа сушки, измельчения и гранулирования сухого, порошкообразного сырья, становящегося абразивом для фильер матрицы гранулятора, приводящего к частой замене дорогостоящей матрицы.

- Применение способа подачи в сушку влажных гранул таблеточного типа малого диаметра и использование сушильной колонны, позволяющих проводить быстрый процесс сушки и уничтожения в них патогенной микрофлоры. Таблетированное сырье по сравнению с гранулированным, имеет кратно меньший вес, что позволяет его сушить во взвешенном состоянии со значительно большей скоростью. Это уменьшает энерго- и временные затраты, повышает производительность, снижает себестоимость готовой продукции. Малый размер и объем таблеток позволяют горячему воздуху значительно быстрее проникнуть внутрь, испаряя влагу и уничтожая патогенную микрофлору.

- Отказ от классической колонны охлаждения, позволяет упростить технологический процесс при сохранении заданных качественных характеристик готовой продукции. Благодаря меньшему объему и весу готовой таблетированной продукции, по сравнению с гранулами, охлаждение и досушивание происходит на ленточном транспортёре без использования дополнительного оборудования.

- Доступность и небольшое количество внесения расходных материалов, делают предлагаемый способ наиболее экономически оправданным.

- Способ позволяет получать безопасное органическое удобрение на основе птичьего помета в день его образования.

- Практически бесплатная сырьевая база дает возможность организовать высокорентабельные производства востребованных органических удобрений.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно, к переработке птичьего помета и может быть использовано для получения готовых безопасных органических гранулированных удобрений. Способ переработки птичьего помета включает смешивание птичьего помета с сорбентом на основе алюмосиликата и гашеной известью, измельчение и гранулирование полученной смеси с последующей сушкой. Измельчение сырья и формирование из него гранул в виде таблеток осуществляют в формирователе гранул. Сушку гранул осуществляют в колонне сушки в течение 10 мин вихревым способом при температуре 200°C во взвешенном состоянии. Отделение твердой фракции от газообразной происходит в циклонных аппаратах, а досыхание и охлаждение гранул – на ленточном транспортере. Техническим результатом является быстрая промышленная круглогодичная переработка птичьего помета в день его происхождения, упрощение способа и предотвращение быстрого износа оборудования. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ переработки птичьего помета, включающий смешивание птичьего помета с сорбентом на основе алюмосиликата и гашеной известью, измельчение и гранулирование полученной смеси с последующей сушкой, отличающийся тем, что измельчение влажного сырья и формирование из него гранул в виде таблеток осуществляют в формирователе гранул, сушку гранул осуществляют в колонне сушки в течение 10 мин вихревым способом при температуре 200°C, во взвешенном состоянии с последующим отделением твердой фракции от газообразной в циклонных аппаратах и досыханием и охлаждением гранул на ленточном транспортере.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют введение сорбента при соотношении компонентов, мас.%: алюмосиликат – глауконит – 1,5–5, гашеная известь – 1,5–3, к 92-97 мас.% птичьего помета и перемешивание в течение 10 мин.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование гранул осуществляют в виде таблеток диаметром до 6,5 мм.